CN101797707B - 大口径光学主镜内孔精加工装置 - Google Patents

Abstract

一种大口径光学主镜内孔精加工装置，包括磨削组件、光学主镜装卡组件，磨削组件由连接体、旋转组件、导轨安装板、直线导轨副、磨头组件安装板、传动螺母、传动丝杆、磨头升降机构和磨头组件、导轨密封件、调整机构和行程控制机构组成；光学主镜装卡组件由调整螺杆支撑架、调整螺杆、球头帽和球头帽固定圈组成。磨削组件工作状态是通过连接体连接在大立车的竖直升降滑枕上；光学主镜装卡组件共三组，根据光学主镜外径大小均匀固定在大立车的工作台上，夹持光学主镜的外圆。本发明的磨削组件安装方便，磨削调整灵活，且该组件结构简单，具有良好的实用性。光学主镜装卡组件为三组同时使用，利用调整调整螺杆来找正光学主镜的外圆，此方法简单易行。

Description

大口径光学主镜内孔精加工装置

技术领域

本发明涉及光学主镜零件制造领域，特别是对大口径光学主镜内孔精加工装置。

背景技术

随着我国望远镜系列项目的研制逐步向大口径(外径大于Φ1000mm以上)方向发展，对大口径光学主镜加工难度越来越大，而主镜内孔精加工已成为主镜加工的瓶颈之一。作为主镜内孔的形位精度(一般情况下要求是：圆柱度＜0.015mm、垂直度＜0.01mm、内外圆同轴度＜0.1mm，粗糙度＜Ra0.8)是主镜的重要特性之一，它的好坏直接影响装配灌胶后非球面的面形好坏，当然也直接影响整个望远镜的光学系统。由于微晶材料具有近似零热膨胀率，且此材料比较容易取得等特点，所以大多数大口径光学主镜都采用微晶玻璃。因此，以微晶玻璃为材料的主镜内孔精加工技术尤为重要。传统内孔加工方法是：一般采用硬质合金钻头、空心钻头、金刚石空心钻头或超声波打孔方法加工，在打孔过程中经常出现椭圆、中心偏、锥形、炸裂等常见问题。产生这些打孔常见问题的主要因素是：钻头变形或摆动大；夹具没有定好中心，钻头轴线与工作台面不垂直；钻头使用时间过长而磨损变形，工件厚度大；进刀量过大，冷却液不足，钻头转速太快。较为先进的内外圆加工方法是：首先在钻床上利用金刚石空心钻头对微晶玻璃主镜钻孔，然后在外圆磨床上利用金刚石砂轮对内孔磨削，最后对外圆磨边来保证内孔的精度和与外圆的同轴度。此方法，主镜装卡、找正繁琐，且风险大；加工的表面质量低(粗糙度在Ra3.2以上)；由于金刚石砂轮不易修整，磨削内外圆极易产生锥度，并且只使用小口径(外径Φ500mm以下)光学主镜内孔的加工。经专利检索和非专利文献检索，没有与本发明相关的专利和文献。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大口径光学主镜(特别是微晶材料的主镜)内孔精加工装置，有效解决内孔锥度和粗糙度问题，并且能有效保证主镜内外圆同轴度问题。

本发明的技术解决方案是：大口径光学主镜内孔精加工装置，其中包括磨削组件和光学主镜装卡组件。磨削组件由连接体、旋转组件、导轨安装板、直线导轨、磨头组件安装板、传动螺母、传动丝杆、磨头升降机构、磨头组件、导轨密封件、调整机构和行程开关顺次连接组成，连接体与旋转组件通过旋转组件轴承外环压圈压在角接触轴承的外圈上，并固定在连接体，旋转组件通过其上的旋转芯轴与导轨安装板固定连接；直线导轨副的导轨固定在导轨安装板上，直线导轨副的滑块固定在磨头组件安装板上，磨头组件通过磨头组件中的电主轴固定座固定在磨头组件安装板，磨头升降机构通过安装板固定在导轨安装板的上端，而传动丝杆的一端与减速齿轮副中的大齿轮连接，传动螺母旋在传动丝杆上，同时传动螺母固定在磨头组件安装板上，导轨密封件固定在磨头组件安装板两侧，调整机构通过固定板固定在连接体左右两侧，行程控制机构中的撞块支撑架固定在磨头组件安装板侧面上，行程控制机构中的限位开关固定在导轨安装板侧面上；光学主镜装卡组件由调整螺杆支撑架、调整螺杆、球头帽和球头帽固定圈顺次连接组成，调整螺杆支撑架用螺钉固定在工作台的梯形槽上，调整螺杆依靠自身的螺纹旋在调整螺杆支撑架上，球头帽和球头帽固定圈用螺钉固定在调整螺杆球头上，并且球头帽可绕调整螺杆的球头小幅转动。磨削组件工作状态是通过连接体固定在大立车的竖直升降滑枕上；光学主镜装卡组件三组同时使用，根据光学主镜外径大小，通过螺钉均匀固定在大立车的工作台上，夹持光学主镜的外圆。

所述旋转组件由轴承内圈压环、旋转芯轴、一对角接触轴承顺次连接组成，角接触轴承靠内孔定位装在旋转芯轴上，由轴承内圈压环紧压轴承内圈，并固定在旋转芯轴上。

所述磨头组件由电主轴固定座、电主轴、砂轮锥柄、杯形砂轮和砂轮紧固螺母顺次连接组成，电主轴固定座抱紧电主轴，而砂轮锥柄通过莫氏锥与电主轴配合，并用螺纹连接，砂轮锥柄另一端外圆与杯形砂轮孔配合，利用砂轮紧固螺母紧固连接，砂轮的材料为绿碳化硅，砂轮粒度为120号；

所述调整机构由调整螺钉和固定板组成，调整螺钉利用自身螺纹旋在固定板上，调整机构成对使用，固定在连接体两侧，调整此机构上的调整螺钉，即可旋转导轨安装板。

所述行程开关由限位开关、撞块、撞块锁紧螺母和撞块支撑架组成，撞块支撑架用螺钉固定在磨头组件安装板侧面上，而撞块利用撞块锁紧螺母固定在撞块支撑架通槽内，限位开关用螺钉固定在导轨安装板侧面上。此机构通过调整撞块的位置来控制磨头组件安装板运动行程，从而控制磨头组件的运动行程。

所述磨头升降机构由减速电机、电机固定罩、减速齿轮副、传动丝杆和安装板顺次连接组成，安装板用螺钉固定在导轨安装板的上端面，电机固定罩通过螺钉固定在安装板上，而减速电机通过法兰与电机固定罩固定连接，减速电机的轴通过键与减速齿轮副的小齿轮连接，减速齿轮副的大齿轮与传动丝杆通过键连接，减速齿轮副通过齿轮轴固定在安装板上。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明主镜内孔精加工装置的装卡组件(三组使用)安装在大立车的工作台上来固定光学主镜外圆，光学主镜平放在工作台上，与外圆磨床上装卡方式相比，没有装卡风险，而且用调整此装卡组件上的三个调整螺钉来找正主镜外圆的方法是简便可行的。

(2)本发明的磨削组件具有及时调整功能，在磨削光学主镜内孔时，根据在线检测内孔的锥度情况，可及时轻松的调整磨头组件上下运动斜度来满足主镜内孔最终的精度要求。

(3)本发明装置的砂轮采用绿碳化硅、粒度为120号的细砂轮，与金刚石砂轮相比，在加工主镜内孔时，它具有容易修整自身外圆、容易平衡、对玻璃有一定润滑作用等特点，加工出来的内孔圆度值小、粗糙度值低。。

(4)本发明光学主镜装卡组件采用的是找正外圆加工内孔的方法来保证内外圆的同轴度，外圆在粗加工时就加工到位，减少了磨边工序，降低了主镜精加工的风险。

附图说明

图1为本发明的磨削组件1结构图；

图2为本发明的磨削组件1结构A-A剖视图；

图3为本发明的磨削组件1结构B-B剖视图；

图4为本发明的旋转组件3结构图；

图5为本发明的旋转组件轴承外环压圈图；

图6为本发明的磨头组件11结构图；

图7为本发明的光学主镜装卡组件12结构图；

图8为本发明的光学主镜装卡组件12机构C-C剖视图；

图9为本发明的调整机5构结构图；

图10为本发明的行程控制机构6结构图；

图11为本发明的行程控制机构6D-D剖视图；

图12为本发明的磨头升降机构34结构图；

图13为本发明安装示意图；

图14为本发的光学主镜装卡示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明由磨削组件1和光学主镜装卡组件12构成。磨削组件1由连接体2、旋转组件3、导轨安装板4、直线导轨副7、磨头组件安装板8、传动螺母9、传动丝杆10、磨头升降机构34、磨头组件11、导轨密封件42、调整机构5和行程控制机构6。连接体2与旋转组件3通过旋转组件轴承外环压圈21压在角接触轴承20的外圈上，并用螺钉固定在连接体2上，旋转组件3与导轨安装板4之间通过旋转组件3的旋转芯轴19与导轨安装板4采用螺钉连接把紧；直线导轨副7的导轨用螺钉固定在导轨安装板4上，直线导轨副7的滑块用螺钉固定在磨头组件安装板8上；磨头组件11通过磨头组件11中的电主轴固定座22采用螺钉固定在磨头组件安装板8上；传动螺母9和传动丝杆10组成的螺纹副，磨头升降机构34通过安装板38用螺钉固定在导轨安装板4的上端，传动丝杆10的一端与减速齿轮副37中的大齿轮通过键连接，传动螺母9旋在传动丝杆10上，同时传动螺母9用螺钉固定在磨头组件安装板8上，导轨密封件42用螺钉固定在磨头组件安装板8两侧，调整机构5通过固定板28用螺钉固定在连接体2左右两侧，行程控制机构6中的撞块支撑架32用螺钉固定在磨头组件安装板8侧面上，行程控制机构6中的限位开关29用螺钉固定在导轨安装板4侧面上。

如图4所示，旋转组件3由轴承内圈压环18、旋转芯轴19和一对角接触轴承20组成，角接触轴承20面对面地装在旋转芯轴19上，轴承内圈压环18紧压轴承内圈，并用螺钉固定在旋转芯轴19上。

如图5、6所示，磨头组件11由电主轴固定座22、电主轴23、砂轮锥柄24、杯形砂轮25和砂轮紧固螺母26组成。由电主轴固定座22抱紧电主轴23，砂轮锥柄24通过莫氏锥与电主轴23配合，并用螺纹连接，砂轮锥柄24另一端外圆与杯形砂轮25孔配合，利用砂轮紧固螺母26紧固连，杯形砂轮25的材料为绿碳化硅，杯形砂轮25粒度为120号。电主轴23由变频器对其调速，从而控制杯形砂轮25的转速，达到与光学主镜磨削线速匹配。

如图9所示，调整机构5由调整螺钉27和固定板28组成，调整螺钉27利用自身螺纹旋在固定板28上，调整机构5成对使用，调整机构5固定在连接体2两侧，调节调整机构5上的调整螺钉27，即可旋转导轨安装板4，从而达到调整磨削组件1的目的。

如图10、11所示，行程控制机构6由限位开关29、撞块30、撞块锁紧螺母31和撞块支撑架32组成，撞块支撑架32用螺钉固定在磨头组件安装板8侧面上，而撞块30利用撞块锁紧螺母31固定在撞块支撑架32通槽内，限位开关29用螺钉固定在导轨安装板4侧面上。通过调整撞块30的位置来控制磨头组件安装板8运动行程，从而控制磨头组件11的运动行程。

如图12所示，磨头升降机构34由减速电机35、电机固定罩36、减速齿轮副37、传动丝杆10和安装板38顺次连接组成，安装板38用螺钉固定在导轨安装板4的上端面，电机固定罩36通过螺钉固定在安装板38上，而减速电机35通过法兰与电机固定罩36固定连接，减速电机35的轴通过键与减速齿轮副37的小齿轮连接，减速齿轮副37的大齿轮与传动丝杆10通过键连接，减速齿轮副37通过齿轮轴固定在安装板38上。减速电机35由变频器对其调速，通过减速齿轮副37、传动丝杆10、传动螺母9、磨头组件安装板8传递和直线导轨副7的导向，从而带动磨头组件11上下升降，达到控制磨头组件11的速度。

如图7、8所示，光学主镜装卡组件12由调整螺杆支撑架13、调整螺杆14)、球头帽15和球头帽固定圈16顺次连接组成，调整螺杆支撑架13用螺钉17固定在工作台40的梯形槽上，调整螺杆14依靠自身的螺纹旋在调整螺杆支撑架13上，球头帽15和球头帽固定圈16用螺钉固定在调整螺杆14球头上，并且球头帽15可绕调整螺杆14的球头小幅转动。

下面进一步说明本发明整个的工作过程：

如图13所示，磨削组件1通过连接体2整体用螺钉固定在大立车的竖直升降滑枕39上。然后，用调整此组件上调整机构5的调整螺钉27来旋转导轨安装板4(如图2所示)，在减速电机35带动磨头组件11上下慢速升降的情况下，使磨头组件11上下运动直线垂直于大立车的工作台40，最后锁紧锁紧机构33(如图3所示)，则磨削组件1装调完成。

如图13、14所示，光学主镜装卡组件12三组使用，根据光学主镜外径大小，用螺钉对光学主镜装卡组件12的调整螺杆支撑架13均匀固定在大立车的工作台40上，夹持光学主镜41的外圆。旋转大立车工作台40，调整调整螺杆14，利用百分表找正主镜外圆，则光学主镜装卡找正完毕。

现对微晶玻璃主镜(外圆Φ1250mm，内孔Φ300mm，厚度200)粗加工完后，利用本主镜内孔精加工装置进行精加工磨削，选用的砂轮为外圆Φ200、粒度120号、绿碳化硅杯形砂轮，砂轮转速选用1600n/min，工作台转速选用6n/min。砂轮的横向进刀是利用大立车本身横向走刀，采用顶百分表方式手动进给，进给量可精确到丝级(一般大口径主镜内孔与主镜芯轴轴套配合采用基孔制)满足加工要求，在磨削加工过程中，根据磨削后内孔的锥度情况，调整调整螺钉27，最终实现内孔的磨削精度要求。

利用本发明装置加工完成上述主镜内孔的精度情况与利用现有传统的数控龙门铣加转台的方法加工精度情况比较如下：

表1

对上述表1的数据进行对比可知，与传统的数控龙门铣加转台的方法精加工主镜内孔相比，利用本发明装置能有效地提高主镜内孔的圆柱度和表面光洁度。从而有效地解决了主镜内孔重要技术指标(内孔的形位精度指标)。

Claims (6)

1.大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于包括：包括磨削组件(1)、光学主镜装卡组件(12)，磨削组件(1)由连接体(2)、旋转组件(3)、导轨安装板(4)、直线导轨副(7)、磨头组件安装板(8)、传动螺母(9)、传动丝杆(10)、磨头升降机构(34)、磨头组件(11)、导轨密封件(42)、调整机构(5)和行程控制机构(6)组成；连接体(2)与旋转组件(3)通过旋转组件轴承外环压圈(21)压在角接触轴承(20)的外圈上，并用螺钉固定在连接体(2)上；旋转组件(3)通过其上的旋转芯轴(19)与导轨安装板(4)固定连接；直线导轨副(7)的导轨固定在导轨安装板(4)上，直线导轨副(7)的滑块固定在磨头组件安装板(8)上；磨头组件(11)通过磨头组件(11)中的电主轴固定座(22)用螺钉固定在磨头组件安装板(8)上；磨头升降机构(34)通过安装板(38)用螺钉固定在导轨安装板(4)的上端；传动螺母(9)和传动丝杆(10)组成的螺纹副，传动丝杆(10)的一端与减速齿轮副(37)中的大齿轮连接，传动螺母(9)旋在传动丝杆(10)上，同时传动螺母(9)固定在磨头组件安装板(8)上，导轨密封件(42)固定在磨头组件安装板(8)两侧，调整机构(5)通过固定板(28)固定在连接体(2)左右两侧，行程控制机构(6)中的撞块支撑架(32)固定在磨头组件安装板(8)侧面上，行程控制机构(6)中的限位开关(29)固定在导轨安装板(4)侧面上；所述光学主镜装卡组件(12)三组使用，根据光学主镜外径大小均匀固定在大立车的工作台(40)上，夹持光学主镜(41)的外圆，利用百分表找正主镜外圆，则光学主镜装卡找正完毕；所述光学主镜装卡组件(12)由调整螺杆支撑架(13)、调整螺杆(14)、球头帽(15)和球头帽固定圈(16)组成，调整螺杆支撑架(13)用螺钉(17)固定在工作台(40)的梯形槽上，调整螺杆(14)依靠自身的螺纹旋在调整螺杆支撑架(13)上，球头帽(15)和球头帽固定圈(16)用螺钉固定在调整螺杆(14)球头上，并且球头帽(15)可绕调整螺杆(14)的球头小幅转动。

2.根据权利要求1的大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于：所述旋转组件(3)由轴承内圈压环(18)、旋转芯轴(19)、一对角接触轴承(20)顺次连接组成；一对角接触轴承(20)靠内孔定位装在旋转芯轴(19)上，由轴承内圈压环(18)紧压轴承内圈，并固定在旋转芯轴(19)上。

3.根据权利要求1的大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于：所述磨头组件(11)由电主轴固定座(22)、电主轴(23)、砂轮锥柄(24)、杯形砂轮(25)和砂轮紧固螺母(26)组成；电主轴固定座(22)抱紧电主轴(23)，而砂轮锥柄(24)通过莫氏锥与电主轴(23)配合，并用螺纹连接，砂轮锥柄(24)另一端外圆与杯形砂轮(25)孔配合，利用砂轮紧固螺母(26)紧固连接，杯形砂轮(25)的材料为绿碳化硅，杯形砂轮(25)粒度为120号。

4.根据权利要求1的大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于：所述调整机构(5)由调整螺钉(27)和固定板(28)组成，调整螺钉(27)利用自身螺纹旋在固定板(28)上，调整机构(5)成对使用，并通过固定板(28)固定在连接体(2)两侧，调节调整螺钉(27)，即可旋转导轨安装板(4)。

5.根据权利要求1的大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于：所述行程控制机构(6)由限位开关(29)、撞块(30)、撞块锁紧螺母(31)和撞块支撑架(32)组成，撞块支撑架(32)用螺钉固定在磨头组件安装板(8)侧面上，而撞块(30)利用撞块锁紧螺母(31)固定在撞块支撑架(32)通槽内，限位开关(29)用螺钉固定在导轨安装板(4)侧面上，行程控制机构(6)通过调整撞块(30)的位置来控制磨头组件安装板(8)运动行程，从而控制磨头组件(11)的运动行程。

6.根据权利要求1的大口径光学主镜内孔精加工装置，其特征在于：所述磨头升降机构(34)由减速电机(35)、电机固定罩(36)、减速齿轮副(37)、传动丝杆(10)和安装板(38)顺次连接组成，安装板(38)用螺钉固定在导轨安装板(4)的上端面，电机固定罩(36)通过螺钉固定在安装板(38)上，而减速电机(35)通过法兰与电机固定罩(36)固定连接，减速电机(35)的轴通过键与减速齿轮副(37)的小齿轮连接，减速齿轮副(37)的大齿轮与传动丝杆(10)通过键连接，减速齿轮副(37)通过齿轮轴固定在安装板(38)上。

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