CN102814715A - 高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置及机床 - Google Patents

Abstract

一种高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，包括安装台板、驱动机构、主动轮、接触轮和抛光带，驱动机构安装于安装台板上，主动轮与驱动机构的输出端连接，抛光带绕设于主动轮和接触轮上，还包括长臂状的支撑臂，支撑臂的一端固定于安装台板上，支撑臂的另一端延伸至安装台板外并能够伸入工件的内腔，接触轮安装于支撑臂延伸至安装台板外的端部。一种机床，包括床身，床身上设有上述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置。本发明能够方便地对零件内腔进行抛光、且抛光效率高。

Description

高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置及机床

技术领域

本发明主要涉及到超精密加工机械设备领域，尤其是抛光设备领域，特指一种适用于超精密高陡度零件内外表面和自由曲面的轮带抛光装置及机床。

背景技术

随着现代光学技术和计算机技术的飞速发展，光学系统设计中复杂光学元件的应用不断增加。在光学系统中，应用复杂光学元件可以显著减少零件数量、减轻系统重量、减小整体尺寸，并能显著提升光学系统的技术性能，因此复杂光学元件在光学系统中具有广阔的应用前景。但是复杂光学元件的加工制造相对困难，限制了此类元件的广泛应用。复杂光学元件典型代表包括非球面光学零件、高陡度保形光学零件以及各种自由曲面光学零件等。随着科学技术的进步，非球面光学零件的加工制造技术有了长足发展，特别是确定性抛光技术的出现为非球面零件的加工带来了革命性的变化。目前常用的确定性抛光技术主要有：计算机控制光学表面成形（CCOS）技术，此技术使用一个比工件小得多的研抛盘，通过计算机控制每一区域的驻留时间和抛光压力等参数，精确控制光学零件的材料去除量；应力盘（SLP）抛光技术，利用计算机控制研抛盘主动变形，使之在任意位置都能与被加工镜面很好地贴合，利于控制中高频误差；磁流变抛光（MRF）技术，利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变效应形成柔性抛光模进行抛光加工，可得到近零亚表面损伤的加工效果；液体射流抛光（FJP）技术，将抛光液在一定压力下由喷嘴射出，利用磁场力等使液体形成柔性柱状结构，从而实现材料去除；气囊抛光技术，利用柔性抛光材料制作囊状体并在其内部充入气体，利用气体压力控制抛光压力，具有与工件贴合良好，效率高的特点；离子束成形（IBF）技术，在真空状态下，采用电激发产生高能离子，高能离子在电磁场中加速后轰击被加工零件表面，实现原子量级的材料去除，具有非常高的加工精度。

上述抛光技术对于抛光尺寸较大的非球面光学零件具有突出的有效性，但是对于尺寸相对较小的高陡度保形光学零件、自由曲面光学零件的抛光却存在一定问题，特别是对于保形光学零件的内表面，由于抛光工具的尺寸限制无法进入零件腔体内部，因而很难实现内表面的有效抛光。液体射流抛光（FJP）技术适于腔体内部抛光，但是该技术却存在效率低下、中频误差难以修正的特点，所以该技术也很难实现高陡度保形光学零件和自由曲面光学零件的有效抛光。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足，提供一种能够对零件内腔进行抛光、且抛光效率高的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置及机床。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，包括安装台板、驱动机构、主动轮、接触轮和抛光带，所述驱动机构安装于安装台板上，所述主动轮与驱动机构的输出端连接，所述抛光带绕设于主动轮和接触轮上，还包括长臂状的支撑臂，所述支撑臂的一端固定于安装台板上，所述支撑臂的另一端延伸至安装台板外并能够伸入工件的内腔，所述接触轮安装于支撑臂延伸至安装台板外的端部。

作为本发明高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置的进一步改进：

所述支撑臂包括固定于安装台板上的连接臂以及与连接臂相连用来安装接触轮的轮架，所述连接臂为具有固定长度的固定连接件或者为可伸缩的直线驱动件。

所述轮架安装接触轮的一端呈锥形，且沿靠近工件的方向尺寸逐渐减小。

所述轮架为一体式结构或者包括相扣合的左侧轮架和右侧轮架。

所述安装台板上装设有一个以上用来绕设抛光带并对抛光带进行导向的导向轮。

还包括张紧机构，所述张紧机构包括固定于安装台板上的第一驱动缸以及连接于第一驱动缸的驱动端且与抛光带顶紧配合的张紧轮。

还包括用来修锐抛光带的修整机构，所述修整机构包括装设于安装台板上的第二驱动缸和修整轮，所述第二驱动缸的驱动端设有修整块，所述第二驱动缸的驱动端顶推修整块使抛光带压紧于修整轮与修整块之间实现修锐；或者所述修整机构包括装设于安装台板上的第二驱动缸、修整压板、带轮以及绕设于带轮上的修整带，所述第二驱动缸的驱动端顶推修整带使抛光带压紧于修整带与修整压板之间实现修锐。

所述安装台板上装设有用来对工件进行在位测量的在位测量部件。

靠近所述接触轮的位置处设有用来向加工区域喷洒冷却液或抛光液的液体输送管。

一种机床，包括床身，所述床身上设有上述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，采用轮带进行抛光，抛光效率高；其接触轮设于一长臂状的支撑臂上，使其可伸入零件的内腔进行抛光加工，从而实现高陡度保形光学零件内表面和自由曲面的有效抛光。

2、本发明使用的商品化抛光带种类广泛，磨料类型和尺寸规格均可选择，不仅可应用于光学零件加工，而且在选用合适抛光带后对于金属材料、超硬磨具零件均具有很好的抛光效果。

3、本发明既可以使用固结磨料抛光带，也可以使用游离磨料进行抛光加工，使用固结磨料抛光带具有极高的加工效率，使用游离磨料可获得较好的加工表面质量。

附图说明

图1为本发明轮带抛光装置实施例1的结构示意图。

图2为本发明轮带抛光装置实施例2修锐抛光带时的结构示意图。

图3为本发明轮带抛光装置实施例2未修锐抛光带时的结构示意图。

图4为本发明轮带抛光装置实施例3的结构示意图。

图5为本发明轮带抛光装置实施例4的结构示意图。

图6为本发明轮带抛光装置实施例5的结构示意图。

图7为本发明轮带抛光装置实施例6的结构示意图。

图8为本发明轮带抛光装置实施例1中支撑臂和接触轮的组装结构示意图。

图9为本发明轮带抛光装置第二种形式的支撑臂和接触轮组装结构示意图。

图10为本发明轮带抛光装置第三种形式的支撑臂和接触轮组装结构示意图。

图12为本发明轮带抛光装置第四种形式的支撑臂和接触轮组装结构示意图。

图12为本发明轮带抛光装置实施例1中接触轮和轮架的分解结构示意图。

图13为本发明轮带抛光装置第二种形式的接触轮和轮架分解结构示意图。

图14为本发明轮带抛光装置实施例1中接触轮和轮架组装后的剖视结构示意图。

图15为本发明轮带抛光装置第二种形式的接触轮和轮架组装后的剖视结构示意图。

图16为本发明轮带抛光装置第三种形式的接触轮和轮架组装后的剖视结构示意图。

图17为本发明轮带抛光装置实施例1的工作状态示意图。

图18为本发明机床实施例1的结构示意图。

图19为本发明机床实施例2的结构示意图。

图例说明：1、安装台板；2、驱动机构；3、主动轮；4、接触轮；5、抛光带；6、支撑臂；61、连接臂；611、固定连接件；612、直线驱动件；62、轮架；621、轮架本体；622、压板；623、左侧轮架；624、右侧轮架；631、深沟球轴承；632、转轴；633、螺帽；634、垫圈；635、球形轴承；636、球窝；637、油孔；7、导向轮；81、第一驱动缸；82、张紧轮；91、第二驱动缸；92、修整轮；93、修整块；94、修整压板；95、带轮；96、修整带；10、在位测量部件；11、液体输送管；12、床身。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

轮带抛光装置实施例1：

如图1所示，本发明的一种高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置实施例，该轮带抛光装置包括安装台板1、驱动机构2、主动轮3、接触轮4、抛光带5以及长臂状的支撑臂6。驱动机构2安装于安装台板1上。主动轮3与驱动机构2的输出端连接，抛光带5绕设于主动轮3和接触轮4上，加工时，绕设于接触轮4上的抛光带5以一定的压力作用于工件的加工面进行抛光。主动轮3和接触轮4的外缘均覆有一定厚度的橡胶材料，起到缓冲和防止抛光带5打滑的作用。支撑臂6的一端固定于安装台板1上，另一端延伸至安装台板1外并能够伸入工件的内腔。接触轮4安装于支撑臂6延伸至安装台板1外的端部，可随支撑臂6进入工件的内腔，对工件的内表面进行抛光加工。

本实施例中，支撑臂6包括固定于安装台板1上的连接臂61以及与连接臂61相连用来安装接触轮4的轮架62，连接臂61为可伸缩的直线驱动件612，直线驱动件612可选用气动、液压或电动元件。直线驱动件612可以通过伸缩调节抛光带5张紧力以及对工件加载力的大小。

如图8、图12和图14所示，本实施例中，轮架62为一体式结构，其包括轮架本体621和压板622，接触轮4安装于轮架本体621中，压板622用于配合轮架本体621与连接臂61紧固连接。接触轮4通过深沟球轴承631和转轴632安装于轮架本体621上，深沟球轴承631外圈与接触轮4内圆周面过盈配合，深沟球轴承631内圈与转轴632过盈配合，转轴632两端设有螺纹并通过螺帽633紧固于轮架本体621上，深沟球轴承631与轮架本体621之间装有套设于转轴632上的垫圈634。

在其他实施例中，轮架62也可为图9所示的第二种形式、或者为图10所示的第三种形式、或者为图11所示的第四种形式，这三种形式中的轮架62均由左侧轮架623和右侧轮架624扣合而成，接触轮4安装于左侧轮架623和右侧轮架624之间。在此结构基础上，接触轮4的安装形式也有多种变化，例如，如图9、图13和图15所示的第二种形式，转轴632的中部与接触轮4的内圆周面过盈配合，转轴632的两端分别与一深沟球轴承631的内圈过盈配合，深沟球轴承631的外圈则紧固于轮架62上；如图10和图16所示的第三种形式，接触轮4通过球形轴承635安装于轮架62上，轮架62上开设有球窝636和连通球窝636的油孔637，接触轮4的内周面与球窝636通过球形轴承635配合，该种形式中，由于接触轮4的安装结构紧凑，轮架62安装接触轮4的一端设置成锥形，且沿靠近工件的方向尺寸逐渐减小，以便于伸入工件内腔，更加容易实现对小尺寸高陡度零件的内表面进行抛光加工。

本实施例中，安装台板1上设有张紧机构，张紧机构包括固定于安装台板1上的第一驱动缸81以及连接于第一驱动缸81的驱动端且与抛光带5顶紧配合的张紧轮82，可防止抛光带5松弛脱落。通过第一驱动缸81可方便调节张紧轮82的张紧力，第一驱动缸81可选用气动、液压或电动元件。

本实施例中，安装台板1上设有用来修锐抛光带5的修整机构，修整机构包括装设于安装台板1上的第二驱动缸91、修整压板94、带轮95以及绕设于带轮95上的修整带96，第二驱动缸91的驱动端顶推修整带96使抛光带5压紧于修整带96与修整压板94之间实现修锐，修整过程中通过一修整气管将修整区域的磨料碎屑吸走。

本实施例中，安装台板1上装设有5个用来绕设抛光带5对抛光带5进行导向的导向轮7，导向轮7可引导抛光带5环绕张紧机构和修整机构运动并同时保证抛光带5在主动轮3和接触轮4上具有合理包角，防止抛光带5打滑。

本实施例中，安装台板1上装设有在位测量部件10，在位测量部件10为激光共焦测量仪。在位测量部件10用来对工件进行在位测量，工件一次装夹即可完成测量和单一表面加工任务，便于保证工件的面形精度。

本实施例中，如图17所示，靠近接触轮4的位置处设有一液体输送管11，在使用固结磨料抛光带进行抛光时，液体输送管11向加工区域喷洒冷却液，在游离磨料抛光时喷洒抛光液。

轮带抛光装置实施例2：

如图2所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：修整机构包括装设于安装台板1上的第二驱动缸91和修整轮92，第二驱动缸91的驱动端端部设有带固结磨料的修整块93，修整时，抛光带5绕设于修整轮92上，通过第二驱动缸91推动修整块93压紧于抛光带5上实现修锐；导向轮7为4个，导向轮7的安装位置以及抛光带5的绕设方式作了相应的变化。当抛光带5不需要修锐时，抛光带5的绕设方式如图3所示。

轮带抛光装置实施例3：

如图4所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：去掉了修整机构和在位测量部件10；导向轮7为1个，主动轮3、导向轮7和张紧机构的安装位置以及抛光带5的绕设方式作了相应的变化。

轮带抛光装置实施例4：

如图5所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：去掉了修整机构、张紧机构和在位测量部件10；导向轮7为2个，主动轮3和导向轮7的安装位置以及抛光带5的绕设方式做了相应的变化。

轮带抛光装置实施例5：

如图6所示，本实施例的结构与实施例4基本相同，不同之处在于：抛光带5的绕设方式不同。

轮带抛光装置实施例6：

如图7所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于：去掉了修整机构和在位测量部件10；导向轮7为3个，主动轮3、导向轮7和张紧机构的安装位置以及抛光带5的绕设方式作了相应的变化；连接臂61为具有固定长度的固定连接件611。

机床实施例1：

如图18所示，本发明的一种机床实施例，该机床包括床身12，床身12上设有轮带抛光装置实施例1中的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，本实施例中的床身12为立柱式，这种机床具有较好的经济性。

机床实施例2：

如图19所示，本发明的另一种机床实施例，该机床包括床身12，床身12上设有轮带抛光装置实施例1中的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，床身12为龙门式，这种机床具有很好的刚度和热稳定性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，包括安装台板（1）、驱动机构（2）、主动轮（3）、接触轮（4）和抛光带（5），所述驱动机构（2）安装于安装台板（1）上，所述主动轮（3）与驱动机构（2）的输出端连接，所述抛光带（5）绕设于主动轮（3）和接触轮（4）上，其特征在于：还包括长臂状的支撑臂（6），所述支撑臂（6）的一端固定于安装台板（1）上，所述支撑臂（6）的另一端延伸至安装台板（1）外并能够伸入工件的内腔，所述接触轮（4）安装于支撑臂（6）延伸至安装台板（1）外的端部。

2.根据权利要求1所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：所述支撑臂（6）包括固定于安装台板（1）上的连接臂（61）以及与连接臂（61）相连用来安装接触轮（4）的轮架（62），所述连接臂（61）为具有固定长度的固定连接件（611）或者为可伸缩的直线驱动件（612）。

3.根据权利要求2所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：所述轮架（62）安装接触轮（4）的一端呈锥形，且沿靠近工件的方向尺寸逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：所述轮架（62）为一体式结构或者包括相扣合的左侧轮架（623）和右侧轮架（624）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：所述安装台板（1）上装设有一个以上用来绕设抛光带（5）并对抛光带（5）进行导向的导向轮（7）。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：还包括张紧机构，所述张紧机构包括固定于安装台板（1）上的第一驱动缸（81）以及连接于第一驱动缸（81）的驱动端且与抛光带（5）顶紧配合的张紧轮（82）。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：还包括用来修锐抛光带（5）的修整机构，所述修整机构包括装设于安装台板（1）上的第二驱动缸（91）和修整轮（92），所述第二驱动缸（91）的驱动端设有修整块（93），所述第二驱动缸（91）的驱动端顶推修整块（93）使抛光带（5）压紧于修整轮（92）与修整块（93）之间实现修锐；或者所述修整机构包括装设于安装台板（1）上的第二驱动缸（91）、修整压板（94）、带轮（95）以及绕设于带轮（95）上的修整带（96），所述第二驱动缸（91）的驱动端顶推修整带（96）使抛光带（5）压紧于修整带（96）与修整压板（94）之间实现修锐。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：所述安装台板（1）上装设有用来对工件进行在位测量的在位测量部件（10）。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置，其特征在于：靠近所述接触轮（4）的位置处设有用来向加工区域喷洒冷却液或抛光液的液体输送管（11）。

10.一种机床，包括床身（12），其特征在于：所述床身（12）上设有如权利要求1至9任意一项所述的高陡度零件内外表面和自由曲面用轮带抛光装置。

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