CN102259290B - 用于加工太阳能棱镜的精密磨床 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种太阳能棱镜加工设备，提供了一种自动化程度高，装夹省时省力，胚料定位准确，加工精度高的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，解决了现有技术中存在的太阳能棱镜加工时费时费力，定位精度低，加工质量差，很难满足使用要求等的技术问题。它包括加工平台及设于加工平台上的磨削盘和机械臂，所述机械臂通过磨头主轴与胚料相连，所述磨头主轴为管状，在所述磨头主轴前端的轴孔内嵌装有套筒，在所述套筒内设有可沿套筒轴向滑动的拉杆，所述拉杆的前端键连接有靠体杆，所述靠体杆通过弹性夹头夹固在套筒内，所述拉杆的后端通过蝶形弹簧与动力装置相抵。

Description

用于加工太阳能棱镜的精密磨床

技术领域

本发明涉及太阳能棱镜加工设备，尤其涉及一种胚料定位精准，加工精度高的用于加工太阳能棱镜的精密磨床。 

背景技术

太阳能棱镜是太阳能电池中重要的零部件，太阳能棱镜的表面精度直接影响太阳能电池的使用性能，早期的太阳能棱镜一般采用手工研磨，不仅生产效率低，而且表面质量往往难以保证，现有的太阳能棱镜加工一般是将胚料固定在机械臂上，再通过机械臂调整胚料的位置，使之与磨削盘接触而达到研磨加工的目的，但胚料在加工过程中极易产生径向或圆周方向的晃动，由此直接导致太阳能棱镜加工精度低，质量差，很难满足使用要求。 

中国专利“太阳能光电转换聚焦透镜加工工艺及其专用夹具（CN101545992A）”公开了一种太阳能光电转换聚焦透镜的专用夹具，它包括基体和模具，所述的基体的上端设有耐磨合金体，基体的另一端通过轴承装有转子，转子的端部设有可粘接透镜的平台，耐磨合金的上部设有加压装置。此装置是通过在转子端部的平台上粘接透镜胚料，转子的另一端通过轴承固定在基体上，在基体的上端通过耐磨合金体与加压装置相连接，由于转子穿插在轴承上，加工时透镜胚料随转子圆周方向转动，同时内于转子与基体间没有轴向定位装置，转子必然带动透镜胚料上下窜动，由此很难保证透镜的加工精度，因此同样存在加工精度低，质量差，很难满足使用要求等技术问题，同时在透镜加工结束后，需手动拆除及安装粘有胚料的转子，装夹过程烦琐，工作效率低。 

发明内容

本发明主要是提供了一种自动化程度高，装夹省时省力，胚料定位准确，加工精度高的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，解决了现有技术中存在的太阳能棱镜加工时费时费力，定位精度低，加工质量差，很难满足使用要求等的技术问题。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于加工太阳能棱镜的精密磨床，包括加工平台及设于加工平台上的磨削盘和机械臂，所述机械臂通过磨头主轴与胚料相连，所述磨头主轴为管状，在所述磨头主轴前端的轴孔内嵌装有套筒，在所述套筒内设有可沿套筒轴向滑动的拉杆，所述拉杆的前端键连接有靠体杆，所述靠体杆通过弹性夹头夹固在套筒内，所述拉杆的后端通过碟形弹簧与动力装置相抵。在管状磨头主轴内设置套筒，再通过套筒来夹持粘有胚料的靠体杆，由于不同尺寸范围的棱镜有更换靠体杆和套筒的要求，因此在加工不同规格产品时，通过更换不同规格的靠体杆和与之匹配的套筒即可，通用性好；另外在更换加工胚料时，由于夹持靠体杆的弹性夹头与套筒间反复摩擦易导致套筒磨损，因此需定期更换套筒即可满足靠体杆的定位要求，无需更换磨头主轴，维修简单方便；拉杆键连接在套筒轴孔内，可防止拉杆在套筒内圆周方向转动，粘有胚料的靠体杆键连接在拉杆前端，同样可防止靠体杆圆周方向转动，因此胚料定位准确，加工精度高；使用时，与拉杆后端对应的气缸等动力装置推动拉杆沿套筒内壁向前滑动，拉杆克服碟形弹簧的变形力并同步带动弹性夹头及靠体杆前移至套筒外，拉动靠体杆即可拆除，更换另一个装有胚料的靠体杆插入弹性夹头内并与拉杆前端键连接，反之拉杆即在碟形弹簧的恢复力作用下后移至加工位置，弹性夹头自动收缩夹紧靠体杆，装夹过程省时省力，方便快捷，自动化程度高，提高了生产效率。 

作为优选，所述套筒通过套筒平键连接在磨头主轴轴孔内，在所述套筒外环面的中部设有套筒锥面体，在所述磨头主轴轴孔的前端设有与套筒锥面体互配的磨头主轴锥面孔，在对应于套筒锥面体前端的套筒上套装有压紧螺母，所述套筒通过压紧螺母固定在磨头主轴。套筒键连接在磨头主轴轴孔内，可防止套筒相对磨头主轴圆周方向转动；套筒通过套筒锥面体抵接在磨头主轴锥面孔内，并通过压紧螺母固定，结构简单，定位牢固，拆装方便。 

作为优选，所述磨削盘通过管状的主轴水平旋转支撑在加工平台上，所述主轴的下端通过皮带与驱动电机相连，在所述主轴的中孔内键连接有副轴，所述磨削盘固定在副轴的顶端，与副轴的底面对应设有气缸，气缸连杆的顶端转动连接着顶轴的一端，所述顶轴的另一端向上顶置在副轴的下端面上。在中空的主轴内固定一个同步转动的副轴，磨削盘安装在副轴的顶端，副轴的底端又与箱体下方的气缸连杆转动连接，转换胚料加工面时，机械臂带动胚料上移至气缸行程范围之外，转换胚料加工面后，机械臂带动胚料下降至原位置，此时胚料与磨削盘充分接触，由于气缸的作用，期间无需反复调整胚料高度来补偿磨削盘的损耗厚度，磨削力始终保持均匀一致，操作省时省力，提高生产效率；由于连杆与副轴为转动连接，因此加工时磨削盘保持正常转动，整体结构简单，通过在连杆上转动连接一个顶轴，再通过顶轴顶置在副轴的下端面上，两段式结构，便于安装和维修；通过气缸推动磨削盘向上时，可通过改变气缸内的气体压力来调节磨削盘的磨削力，由此自动消除磨削盘损耗带来的精度误差，简单实用。 

作为更优选，在所述气缸连杆的顶端固定有套管，所述套管的一端固定在气缸连杆的端面上，所述套管的另一端通过轴向推力轴承转动连接着顶轴。通过在连杆上设置套管，套管又通过轴向推力轴承与顶轴转动连接，结构简单，套管方便轴向推力轴承的定位安装。 

作为更优选，在所述顶轴的上端面同轴设有顶尖，与顶尖对应的副轴下端面设有锥孔，所述顶尖顶置在锥孔内。通过顶尖顶置在锥孔内，可防止副轴在转动过程中发生晃动，即确保加工过程中磨削盘盘面保持水平，从而保证了产品的加工精度。 

作为优选，所述靠体杆包括连接杆及垂直连接在连接杆前端的定位盘，在所述连接杆的后端面上设有键槽，所述键槽与拉杆前端部的凸台互配相连，所述定位盘的前端面与胚料固定相连，所述定位盘的后端面抵接在套筒的前端面上。“T”字形的靠体杆，结构简单，靠体杆上的定位盘封堵在套筒的外端面上时可防止冷却液溅入套筒内，从而可防止套筒内腔及其中的零部件产生锈蚀现象，确保靠体杆的定位精度。 

作为优选，在所述拉杆的后端部旋接有盖形调节螺母，所述碟形弹簧的一端顶接在盖形调节螺母的端面上，所述碟形弹簧的另一端顶接在套筒的后端面上。在碟形弹簧的后端对应的拉杆旋接一个盖形调节螺母，使气缸通过盖形调节螺母压缩碟形弹簧，一是防止碟形弹簧自拉杆上脱出，二是保证碟形弹簧压缩时不会偏离方向，同时盖形调节螺母又可防止与拉杆对应的气缸连杆反复施力时磨损拉杆。 

作为优选，所述套筒的外侧端同轴设有沉孔，所述沉孔的外侧端呈锥面形，所述弹性夹头的外环面与沉孔互配并滑动连接在沉孔内，且所述弹性夹头的长度小于沉孔的长度。弹性夹头位于沉孔内，且在前端设置互配的锥形面，由此拉杆向内滑移时即可通过锥形面将靠体杆夹紧在弹性夹头内，夹紧力大，提高了靠体杆的定位精度；弹性夹头的长度小于沉孔的长度，可使弹性夹头完全收缩至套筒内，从而防止弹性夹头在冷却液的作用下发生锈蚀现象或杂物进入而导致磨损加剧，保证了靠体杆的定位精度。 

作为优选，在所述机械臂上设有驱动磨头主轴转动的转面机构及转面锁定机构，以及改变磨头主轴仰俯角的转角驱动机构及转角锁定机构。通过在机械臂上设置转面机构及转角机构，即可根据加工要求自动转换胚料加工面，通过转角机构及转角机构上设置锁定装置，即可根据加工要求自动转换胚料仰俯角并锁定加工面位置，从而无需重新装夹即可转换加工面，自动化程度高，提高了生产效率及定位精度。 

作为优选，在所述加工平台上平行设有两条水平滑轨，所述机械臂滑动地跨接在两条水平滑轨上，在对应于两条水平滑轨间的加工平台上设有两个水槽，所述磨削盘设于其中的一个水槽内，在另一个水槽内水平设有第二磨削盘，且所述第二磨削盘与磨削盘间存在高度差。双水平滑轨支撑，确保机械臂运行平稳，从而提高盘面修整加工精度；通过在加工平台上设置二个水槽，由此可将二个硬度及粗糙度不同的磨削盘分别设置在两个水槽内，即一个是用于成型加工的磨削盘，另一个是用于零件抛光的抛光盘，同一工位上一次性完成二道工序的加工，生产效率高，一次定位两次加工，加工精度高；硬度及粗糙度高的磨削盘设置位置较低的位置上，从而使硬质磨削盘上的粉末不会漂落在硬度及粗糙度低的抛光盘上，从而不会影响抛光工序的正常加工；水槽用于磨削用冷却液的分类回收和再利用，节约成本；同时高低不同的二个磨削盘也扩大了胚料的转面角度范围，提高了生产效率。 

因此，本发明的用于加工太阳能棱镜的精密磨床具有下述优点：通过在磨头主轴内设置套筒，即可通过定期更换套筒来满足定位精度要求，不仅方便维修，而且通过更换不同规格的靠体杆和与之匹配的套筒即可满足不同尺寸范围的棱镜加工要求，通用性好；拉杆与套筒间及靠体杆与拉杆间均采用键连接，可防止拉杆在套筒内及靠体杆相对拉杆沿圆周方向转动，确保胚料的定位精度；动力装置推动拉杆前移后即可轻松拆装带有胚料的靠体杆，装夹过程省时省力，方便快捷，生产效率高；通过调节气缸的气压可任意改变磨削盘的磨削力，由此自动消除磨削盘损耗带来的精度误差，调整过程省时省力，提高生产效率；气缸连杆通过顶轴与副轴连接，方便拆装。 

附图说明：

图1是本发明用于加工太阳能棱镜的精密磨床的结构示意图；

图2是机械臂的结构示意图；

图3是图2所示的A处放大图；

图4是套筒的轴向剖视图；

图5是靠体杆的轴向剖视图；

图6是本发明去掉机械臂后的纵向剖视图；

图7是图6所示的B处放大图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例： 

如图1所示，本发明的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，包括一个框架结构的加工平台1，在加工平台1的上表面带有二个方形的水槽12，在左侧的水槽12中部水平设置了一个磨削盘2，在右侧的水槽12中部水平设置了一个第二磨削盘8，其中磨削盘2比第二磨削盘8高40mm，第二磨削盘8用于磨削加工，磨削盘2用于对完工后的零件进行抛光加工，在水槽12两侧的加工平台1上平行固定了两条水平滑轨11，横跨两条水平滑轨11滑动连接一个机械臂3，机械臂3包括沿水平滑轨11的方向设置的磨头主轴31，待加工的胚料4固定在磨头主轴31的前端，对应磨头主轴31的左侧箱体内装有一个可以改变磨头主轴31仰俯角的转角驱动机构6，右侧箱体内装有一个可以锁定磨头主轴31仰俯角的转角锁定机构7，在左右箱体间的磨头主轴31上方装有一个可以带动磨头主轴31转动的转面机构5，如图2所示，磨头主轴31为圆管状，其中磨头主轴31的前半段轴孔为内小外大、锥度为8°的磨头主轴锥面孔311，在对应于磨头主轴锥面孔311侧的磨头主轴31轴孔内嵌装一个套筒32，在套筒32外环面的中部同轴形成一个锥度为8°的套筒锥面体321，套筒锥面体321与磨头主轴锥面孔311互配，且套筒32通过套筒平键37键连接在磨头主轴31的轴孔内，在对应于套筒锥面体321前端的套筒32上套装一个压紧螺母38，压紧螺母38旋接在磨头主轴31上，如图4所示，在套筒32轴孔的前端同轴开有一个沉孔322，沉孔322的前端为内小外大、锥度为1°的套筒锥面孔，套筒锥面孔的长度占沉孔322总长的1/2，在套筒32的轴孔内通过平键连接一个可沿套筒32轴向滑动的拉杆33，如图3所示，拉杆33的前端面中部加工一个“一”字形的凸台331，拉杆33通过“一”字形的凸台331与一个靠体杆34键连接，如图5所示，靠体杆34包括连接杆341及一体式垂直连接在连接杆341前端的圆形的定位盘342，在连接杆341的后端面上开有一个与“一”字形的凸台331互配的“一”字形的凹槽，“一”字形的凸台331插在“一”字形的凹槽内，胚料4通过胶水粘在定位盘342的前端面上，在拉杆33与靠体杆34连接处的外侧套罩一个弹性夹头35，弹性夹头35为外侧端带有6个“U”形开口槽的圆筒形构件，弹性夹头35的后端同轴旋接在对应于沉孔322内的拉杆33前端部，弹性夹头35的内环面夹持在靠体杆34后端部的外环面上，弹性夹头35的外环面与所在的沉孔322互配并滑动进出于沉孔322的内外，当弹性夹头35完全进入沉孔322内时，定位盘342的后端面抵接在套筒32的前端面上并完全封堵住套筒32的轴孔，在拉杆33的后端套有一个碟形弹簧36，碟形弹簧36的内侧端抵接在套筒32的后端面上，在碟形弹簧36的外侧端对应的拉杆33上套装一个压块，压块外侧对应的拉杆33上旋接一个盖形调节螺母39，与盖形调节螺母39对应的箱体上装有一个动力装置9，动力装置9为气缸，气缸上的驱动连杆同轴抵接在盖形调节螺母39的外端面上。如图6所示，磨削盘2通过垂直设置的双主轴结构固定在加工平台1上，双主轴结构包括一根中空的圆管形的主轴21，在主轴21的中孔内通过花键同步连接一根副轴24，副轴24的两端分别延伸至主轴21两端面的外侧，磨削盘2通过螺钉同轴固定在副轴24的上端面上，在对应于副轴24下端面的加工平台1上固定一个气缸25，如图7所示，气缸25上的气缸连杆251向上指向副轴24，在气缸连杆251的顶端同轴固定一个套管27，套管27包括圆形底面及同轴一体式连接在圆形底面上的圆形罩壳，圆形底面一侧通过螺栓固定在气缸连杆251端面上，在圆形罩壳的另一端端面上同轴开有一个沉孔，在沉孔内嵌装一个轴向推力轴承28，在轴向推力轴承28的轴孔内同轴固定顶轴26的一端，在顶轴26的上端部同轴形成一个锥形的顶尖261，与顶尖261对应的副轴24下端面中部开有一个锥孔241，顶尖261与锥孔241互配并顶置在锥孔241内，在顶轴26的下端面上同轴形成一个圆柱形的凸台，圆柱形的凸台穿插在轴向推力轴承28的轴孔内且过盈配合，在主轴21下端部通过皮带22与加工平台1前侧的驱动电机23相连，第二磨削盘8固定在第二主轴81的顶端，第二主轴81通过另一条皮带与加工平台1右侧的第二电机82相连。

本发明使用时，启动动力装置9，动力装置9上的连杆推动拉杆33向前，拉杆33克服碟形弹簧36的变形力并带动弹性夹头35及靠体杆34同步前移，至弹性夹头35伸出套筒32外2mm，拉动靠体杆34向外，靠体杆34连同胚料4同时拆除，取另一个待加工的装有胚料4的靠体杆34插入弹性夹头35内，靠体杆34与拉杆33对插后键连接在一起，启动动力装置9后连杆后退，拉杆33即在碟形弹簧36的恢复力作用下后移，直至弹性夹头35后移至其前端面低于套筒32外端面3mm，且靠体杆34上的定位盘342内端面抵接在套筒32的外端面上并封堵住套筒32的轴孔，装夹的同时可将胚料4各尺寸自动对齐，确保产品加工原点的一致性及刀具的一致性，操作省时省力，方便快捷，然后移动机械臂3至第二磨削盘8上方，通过转角驱动机构6、转角锁定机构7及转面机构5调整磨头主轴31的位置，启动第二电机82后进行磨削加工，期间通过转角驱动机构6、转角锁定机构7及转面机构5转换胚料4的加工面，加工完毕后，再将机械臂3移至磨削盘2的上方进行抛光加工，确保胚料4位于气缸25的行程范围内，并根据气缸25的气压大小和抛光时间确定磨削量，气缸25上的气缸连杆41上移并推动磨削盘2向上与胚料4接触后即可抛光加工，抛光完成后机械臂3带动胚料4向上至气缸25的行程外，使胚料4离开磨削盘2表面，转换胚料4加工面后机械臂3再带动胚料4向下至原位置与磨削盘2充分接触，即可对另一表面进行抛光加工，期间可通过改变气缸25内的气体压力来调节磨削盘2的磨削力，由此自动消除磨削盘2损耗带来的精度误差，简单实用。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (9)

1.一种用于加工太阳能棱镜的精密磨床，包括加工平台（1）及设于加工平台（1）上的磨削盘（2）和机械臂（3），所述机械臂（3）通过磨头主轴（31）与胚料（4）相连，其特征在于：所述磨头主轴（31）为管状，在所述磨头主轴（31）前端的轴孔内嵌装有套筒（32），在所述套筒（32）内设有可沿套筒（32）轴向滑动的拉杆（33），所述拉杆（33）的前端键连接有靠体杆（34），所述靠体杆（34）通过弹性夹头（35）夹固在套筒（32）内，所述拉杆（33）的后端通过蝶形弹簧（36）与动力装置（9）相抵；所述套筒（32）通过套筒平键（37）连接在磨头主轴（31）轴孔内，在所述套筒（32）外环面的中部设有套筒锥面体（321），在所述磨头主轴（31）轴孔的前端设有与套筒锥面体（321）互配的磨头主轴锥面孔（311），在对应于套筒锥面体（321）前端的套筒（32）上套装有压紧螺母（38），所述套筒（32）通过压紧螺母（38）固定在磨头主轴（31）上。

2.根据权利要求1所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：所述磨削盘（2）通过管状的主轴（21）水平旋转支撑在加工平台（1）上，所述主轴（21）的下端通过皮带（22）与驱动电机（23）相连，在所述主轴（21）的中孔内键连接有副轴（24），所述磨削盘（2）固定在副轴（24）的顶端，与副轴（24）的底面对应设有气缸（25），气缸连杆（251）的顶端转动连接着顶轴（26）的一端，所述顶轴（26）的另一端向上顶置在副轴（24）的下端面上。

3.根据权利要求2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：在所述气缸连杆（251）的顶端固定有套管（27），所述套管（27）的一端固定在气缸连杆（251）的端面上，所述套管（27）的另一端通过轴向推力轴承（28）转动连接着顶轴（26）。

4.根据权利要求2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：在所述顶轴（26）的上端面同轴设有顶尖（261），与顶尖（261）对应的副轴（24）下端面设有锥孔（241），所述顶尖（261）顶置在锥孔（241）内。

5.根据权利要求1或2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：所述靠体杆（34）包括连接杆（341）及垂直连接在连接杆（341）前端的定位盘（342），在所述连接杆（341）的后端面上设有键槽（343），所述键槽（343）与拉杆（33）前端部的凸台（331）互配相连，所述定位盘（342）的前端面与胚料（4）固定相连，所述定位盘（342）的后端面抵接在套筒（32）的前端面上。

6.根据权利要求1或2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：在所述拉杆（33）的后端部旋接有盖形调节螺母（39），所述蝶形弹簧（36）的一端顶接在盖形调节螺母（39）的端面上，所述蝶形弹簧（36）的另一端顶接在套筒（32）的后端面上。

7.根据权利要求1或2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：所述套筒（32）的外侧端同轴设有沉孔（322），所述沉孔（322）的外侧端呈锥面形，所述弹性夹头（35）的外环面与沉孔（322）互配并滑动连接在沉孔（322）内，且所述弹性夹头（35）的长度小于沉孔（322）的长度。

8.根据权利要求1或2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：在所述机械臂（3）上设有驱动磨头主轴（31）转动的转面机构（5）及转面锁定机构，以及改变磨头主轴（31）仰俯角的转角驱动机构（6）及转角锁定机构（7）。

9.根据权利要求1或2所述的用于加工太阳能棱镜的精密磨床，其特征在于：在所述加工平台（1）上平行设有两条水平滑轨（11），所述机械臂（3）滑动地跨接在两条水平滑轨（11）上，在对应于两条水平滑轨（11）间的加工平台（1）上设有两个水槽（12），所述磨削盘（2）设于其中的一个水槽（12）内，在另一个水槽（12）内水平设有第二磨削盘（8），且所述第二磨削盘（8）与磨削盘（2）间存在高度差。

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