CN102941529A

CN102941529A - 一种行星运动式研磨装置

Info

Publication number: CN102941529A
Application number: CN2012105252601A
Authority: CN
Inventors: 安祥波; 余伦; 涂文英; 钱静
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2012-12-08
Filing date: 2012-12-08
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-12-08
Also published as: CN102941529B

Abstract

本发明公开了一种行星运动式研磨装置，属于精密机械制造技术领域，所要解决的技术问题是克服现有机械研磨技术的不足，提供一种能实现定量材料去除、运转平稳、去除函数稳定的研磨装置，包括接口面板、公转机构、偏心调节机构、主座体、平动保持机构、回转机构、自转机构、压力施加机构、研磨盘机构，所述公转机构提供公转运动，所述自转机构提供自转运动及研磨盘的轴向自由浮动，所述偏心调节机构实现公转半径的调节，所述平动保持机构保证主座体、回转机构、自转机构、压力施加机构、研磨盘机构在公转运动中平稳平动，并辅助支承装置重力，所述压力施加机构用于施加研磨压力，所述研磨盘机构可保证研磨盘能在任意方向小角度倾斜。

Description

一种行星运动式研磨装置

技术领域

本发明属于精密机械制造技术领域，具体地说涉及一种用于机械研磨加工，获取高加工精度的研磨装置。

背景技术

机械加工中，研磨技术较快地发展，从传统的手工研磨，发展了各式各样、种类众多的研磨机，在一定程度上取代了人工劳动，满足了中、小尺寸零件的研磨要求，与手工研磨一样，属定性研磨。针对大型、重型零件，大型平面，此类零件的精加工仍是采用传统的加工思路，由大型设备粗加工、半精加工后，采用人工局部修研的方式完成精加工，由于是定性的修正，存在盲目性和人为因素的影响，精度难以提高。定量研磨技术在光学加工中已得到较好的发展，代表性技术有CCOS技术，磁流变抛光技术，离子束抛光技术等。

专利申请号为201010152031.0的发明专利申请公开了一种行星轮式数控研抛去除函数发生装置，该装置包括公转轴系、自转轴系、研抛盘、偏心调整机构和回转机构，所述公转轴系连接于偏心调整机构上方，所述回转机构连接于偏心调整机构底端，所述自转轴系连接于回转机构下方，所述研抛盘装设于自转轴系下端，所述自转轴系包括自转轴、自转电机、自转传动机构和自转轴基座，所述自转轴基座连接于回转机构上，所述自转轴装设于自转轴基座内，所述自转电机固定于自转轴基座上，自转电机的输出端经自转传动机构与自转轴连接。该行星轮式数控研抛去除函数发生装置自转轴的轴向往复运动采用滑动串动，往复运动的滑动摩擦阻力受传递扭矩及接触面粗糙度的影响，其值较大，使自转轴轴向往复运动灵敏度降低，从而降低去除函数的稳定性。另外，自转轴系在公转过程中的严格平动采用两组垂直布置的摆杆组进行约束，摆杆组与过渡盘、保持座、回转座铰接，保证回转座在公转运动中平动，不支承重力，约束力不对称，降低了公转运动的平稳性及系统动态刚度。基于以上现有技术特点，在研究其不足的基础上，本发明进行了设计创新，一方面将装置轴向浮动运动设计成滚动摩擦形式，提高了装置轴向浮动的灵敏度；另一方面采用约束力对称的平动保持机构，保证装置在公转运动中的严格平动，同时辅助支承装置重力，提高了公转运动的平稳性和系统动态刚度，最终获取稳定性高、回转对称性好的去除函数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有机械研磨技术的不足，提供一种能实现定量材料去除，系统动态刚度高，去除函数稳定、回转对称性好的行星运动式研磨装置。

为了实现上述目的，本发明方案如下：一种行星运动式研磨发生装置，包括接口面板、公转机构、偏心调节机构、回转机构、平动保持机构、主座体、自转机构、压力施加机构、研磨盘机构。所述接口面板用于研磨装置与外部支承装置的连接，所述公转机构位于接口面板上，所述偏心调节机构位于公转机构下方，所述回转机构位于偏心调节机构下方，位于主座体内，所述平动保持机构位于偏心调节机构外面，分别连接接口面板和主座体，所述自转机构位于回转机构下方，位于主座体内，所述压力施加机构位于自转机构下方，所述研磨盘机构接位于压力施加机构下方。

所述公转机构包括公转电机、传动系统及公转轴系。所述公转电机可为伺服电机或步进电机，固定在接口面板上，所述传动系统可为联轴器、同步带轮机构、齿轮机构等，所述公转轴系包括公转轴、滚动轴承等组件，所述公转轴由固定在接口面板内的滚动轴承支承。

所述偏心调节机构位于公转机构下方，连接在公转轴法兰盘上，包括偏心调节燕尾导轨副、调节螺钉和限位块。所述燕尾导轨副包括上、下燕尾，所述限位块固定在上燕尾两端，所述调节螺钉与限位块上螺纹孔配合，平行于燕尾槽。

所述平动保持机构包括X向导杆、Y向导杆、直线轴承、轴承座。所述X向导杆固定在主座体上，所述Y向导杆位于X向导杆上方，垂直于X向导杆，固定在接口面板上，所述直线轴承位于轴承座内，且分别与X、Y向导杆外圆配合，可相对直线往复运动。

所述回转机构位于偏心调节机构下方，包括回转轴、滚动轴承、轴承座等组件。所述回转轴法兰端与偏心调节机构下燕尾相连，所述轴承座固定在主座体内，通过滚动轴承支承回转轴。

所述自转机构位于回转机构下方，包括自转电机、传动系统及自转轴系。所述自转电机可为步进电机或伺服电机，固定在主座体上，所述传动系统可为同步带轮机构或齿轮机构，所述自转轴系包括固定轴、滚动铰链、浮动轴、滚动轴承、直线轴承、轴承座等组件，所述固定轴由轴承座内的滚动轴承支承，所述滚动铰链位于固定轴下方，分别连接固定轴、浮动轴法兰端，所述浮动轴位于滚动铰链下方，由直线轴承导向浮动，所述直线轴承由轴承座内的滚动轴承支承，所述轴承座固定在主座体内。

所述压力施加机构位于自转机构下方，由支承轴，滚动轴承，配重盘、防转杆等组成。所述支承轴连接在自转机构浮动轴的输出端，所述配重盘由支承轴上的滚动轴承支承，所述防转杆连接配重盘与主座体。

所述研磨盘机构位于压力施加机构下方，由研磨盘、万向联轴节组成。所述万向联轴节连接在压力施加机构中支承轴下端，所述研磨盘连接在万向联轴节下方。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明中的平动保持机构对主座体施加对称力约束，保证自转轴系在公转过程中严格平动，提高装置去除函数的回转对称性，且对自转轴系及主座体等进行辅助支撑，使系统运转平稳、动态刚度提高；自转轴系中固定轴与浮动轴之间取消了花键联接或导向平键联接结构，采用滚动铰链联接形式，使固定轴与浮动轴以滚动摩擦形式进行轴向相对运动，摩擦力减少，运动灵敏度提高，去除函数更加稳定。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的左视结构示意图；

图3是本发明的偏心调节机构示意图；

图4是本发明的平动保持机构示意图；

图5是本发明的滚动铰链主视图结构示意图；

图6是本发明的滚动铰链左视图结构示意图；

图7是本发明的滚动铰链俯视图结构示意图；

图8是本发明的浮动轴系示意图；

图9是本发明的压力施加机构及研磨盘机构示意图。

图中各标号表示：

1、公转机构；2、偏心调节机构；3、平动保持机构；4、自转机构；5、压力施加机构；6、研磨盘机构；7、接口面板；8、主座体；9、回转机构；11、公转电机；12、联轴器；13、公转轴系；21、上燕尾；22、下燕尾；23、调节螺钉；24、限位块；31、X向导杆；32、Y向导杆；33、轴承座；34、直线轴承；41、自转电机；42、同步带轮机构；43、固定轴；44、滚动铰链；44-1、导向块；44-2、U形座；44-3、限位条；44-4、滚动轴；44-5、滚动轴承；45、浮动轴；46、直线轴承；47、滚动轴承；51、防转杆；52、配重盘；53、支承轴；54、滚动轴承；61万向联轴节；62研磨盘。

具体实施方式

如图1至9所示，本发明的一种行星运动式研磨装置，包括公转机构1、偏心调节机构2、平动保持机构3、自转机构4、压力施加机构5、研磨盘机构6、接口面板7、主座体8、回转机构9。公转机构1连接在接口面板7上，偏心调节机构2连接在公转机构1下端，公转轴系13法兰上，平动保持机构3位于偏心调节机构2外面，连接在接口面板7及主座体8上，回转机构9连接在偏心调节机构2下端，下燕尾22上，位于主座体8内，自转机构4位于回转机构9下方，连接在主座体8上，压力施加机构5连接在自转机构4下端，浮动轴45上，研磨盘机构6连接在压力施加机构5下端。

公转机构1包括公转电机11、联轴器12、公转轴系13。公转电机11连接在接口面板7上，公转电机11的输出轴经联轴器12与公转轴系13相连，公转轴系13由联器轴12在公转电机的驱动下旋转。联轴器12能够采用齿轮机构、同步带轮机构代替。

偏心调节机构2包括上燕尾21、下燕尾22、调节螺钉23、限位块24。上燕尾21连接在公转轴系13法兰端，上燕尾21燕尾槽与下燕尾22燕尾配合，可相对滑动，限位块24连接在上燕尾21两端，调节螺钉23与限位块24上螺纹孔配合，平行于燕尾槽，旋转调节螺钉23，推动下燕尾22在上燕尾21燕尾槽内滑动，调节公转半径的大小，并锁紧下燕尾22。

平动保持机构3包括X向导杆31、Y向导杆32、轴承座33、直线轴承34。X向导杆31连接在主座体8上，X向导杆31经直线轴承34连接轴承座33，轴承座33又经直线轴承34连接Y向导杆32，Y向导杆32固定在接口面板7上，位于X向导杆31上方，与X向导杆31空间位置垂直，轴承座33通过直线轴承34可在Y向导杆32上往复运动，X向导杆31通过直线轴承34可在轴承座33内往复运动，X、Y方向的二维联动保证主座体8、自转机构4、压力施加机构5、研磨盘机构6、回转机构9在任意公转半径圆周上的严格平动。平动保持机构3连接主座体8与接口面板7，与公转轴系13、偏心调节机构2、回转机构9共同承担主座体8、自转机构4、压力施加机构5、研磨盘机构6的重力，使装置动态刚度提高，运转平稳，去除函数的回转对称性及稳定性更好。

自转机构4包括自转电机41、同步带轮机构42、固定轴43、滚动铰链44、浮动轴45、直线轴承46、滚动轴承47。自转电机41固定在主座体8上，电机输出轴经同步带轮机构42与固定轴43相连，固定轴43由滚动轴承47支承在主座体8内，自转运动由自转电机41驱动，经同步带轮机构42传递，使固定轴43回转，滚动铰链44连接在固定轴43下端法兰上，位于主座体8内，浮动轴45通过法兰连接在滚动铰链44下端，滚动铰链44除了传递固定轴43与浮动轴45之间的旋转扭矩外，还以滚动摩擦的形式使固定轴43与浮动轴45能实现轴向相对往复运动，降低摩擦阻力，提高去除函数的稳定性，浮动轴45的轴向往复运动由直线轴承46导向，直线轴承46由滚动轴承47支承在主座体8内，浮动轴45在直线轴承46内作直线往复运动，不能转动，浮动轴45与直线轴承46在滚动轴承47的支承下一起作自转运动。同步带轮机构42能够采用齿轮机构代替。

滚动铰链44由导向块44-1、U形座44-2、限位条44-3、滚动轴44-4、滚动轴承44-5组成。导向块44-1固定在浮动轴45法兰端，U形座44-2连接在固定轴43法兰端，滚动轴44-4由滚动轴承44-5支承在U形座44-2内，与主动轴43、浮动轴45空间位置垂直，限位条44-3固定在导向块44-1上端，对浮动轴45的轴向运动起限位作用，浮动轴45上下往复运动过程中，滚动轴44-4沿导向块44-1的导向平面滚动。

压力施加机构5连接在自转机构4及主座体8下方，由防转杆51、配重盘52、支承轴53、滚动轴承54组成，用于在研磨过程中施加研磨压力。防转杆51连接配重盘52与主座体8，使配重盘52在公转运动中随主座体8一起保持平动，配重盘52由滚动轴承54支承在支承轴53上，支承轴53连接在浮动轴45下端。

研磨盘机构6连接在压力施加机构5下方，包括万向联轴节61和研磨盘62，万向联轴节61连接研磨盘62，使研磨盘62能在任意方向小角度倾斜，以适应研磨过程中工件面形的实时变化。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种行星运动式研磨装置，其特征在于包括：公转机构（1）、偏心调节机构（2）、平动保持机构（3）、自转机构（4）、压力施加机构（5）、研磨盘机构（6）、接口面板（7）、主座体（8）和回转机构（9）；所述公转机构（1）连接在接口面板（7）上；所述偏心调节机构（2）连接在公转机构（1）下端，公转轴系（13）法兰上；所述平动保持机构（3）位于偏心调节机构（2）外面，连接在接口面板（7）及主座体（8）上，所述平动保持机构（3）包括X向导杆（31）、Y向导杆（32）、轴承座（33）和直线轴承（34），所述X向导杆（31）连接在主座体（8）上，X向导杆（31）与轴承座（33）之间设有直线轴承（34），所述轴承座（33）经直线轴承（34）连接Y向导杆（32），所述Y向导杆（32）固定在接口面板（7）上，位于X向导杆（31）上方；所述轴承座（33）通过直线轴承（34）在Y向导杆（32）上往复运动，所述X向导杆（31）通过直线轴承（34）在轴承座（33）内往复运动，所述X向导杆（31）、Y向导杆（32）在空间内相互垂直；所述回转机构（9）连接在偏心调节机构（2）下端的下燕尾（22）上，位于主座体（8）内；所述自转机构（4）位于回转机构（9）下方，连接在主座体（8）上；所述自转机构（4）包括自转电机（41）、同步带轮机构（42）、固定轴（43）、滚动铰链（44）、浮动轴（45）、直线轴承（46）、滚动轴承（47），所述自转电机（41）固定在主座体（8）上，所述固定轴（43）由滚动轴承（47）支承在主座体（8）内；所述同步带轮机构（42）连接自转电机（41）与固定轴（43），可用齿轮机构代替，所述滚动铰链（44）连接固定轴（43）与浮动轴（45），所述浮动轴（45）的轴向往复运动由直线轴承（46）导向，所述固定轴（43）与浮动轴（45）的轴向相对运动属于滚动摩擦，所述直线轴承（46）由滚动轴承（47）支承在主座体（8）内；所述压力施加机构（5）连接在自转机构（4）下端，浮动轴（45）上；所述研磨盘机构（6）连接在压力施加机构（5）下端。

2.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述滚动铰链（44）包括导向块（44-1）、U形座（44-2）、限位条（44-3）、滚动轴（44-4）、滚动轴承（44-5），所述导向块（44-1）固定在浮动轴（45）法兰端，所述U形座（44-2）连接在固定轴（43）法兰端，所述滚动轴（44-4）由滚动轴承（44-5）支承在U形座（44-2）内，所述限位条（44-3）固定在导向块（44-1）端，对浮动轴（45）的轴向运动起限位作用，所述浮动轴（45）在上下往复运动过程中，所述滚动轴（44-4）沿导向块（44-1）的导向平面滚动。

3.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述偏心调节机构（2）包括上燕尾（21）、下燕尾（22）、调节螺钉（23）、限位块（24），所述上燕尾（21）连接在公转轴系（13）法兰端，上燕尾（21）燕尾槽与下燕尾（22）燕尾配合，能够相对滑动，所述限位块（24）连接在上燕尾（21）两端，所述调节螺钉（23）与限位块（24）上螺纹孔配合，平行于燕尾槽，能够推动下燕尾（22）在上燕尾（21）燕尾槽内滑动，并锁紧。

4.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述公转机构（1）包括公转电机（11）、联轴器（12）和公转轴系（13）；所述公转电机（11）连接在接口面板（7）上；所述公转电机（11）的输出轴经联轴器（12）与公转轴系（13）相连。

5.根据权利要求4所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述联轴器（12）能够采用齿轮机构、同步带轮机构代替。

6.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述研磨盘机构（6）由万向联轴节（61）连接研磨盘（62）组成。

7.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述压力施加机构（5）由防转杆（51）、配重盘（52）、支承轴（53）、滚动轴承（54）组成，所述防转杆（51）连接配重盘（52）与主座体（8），所述配重盘（52）在研磨盘机构（6）上方，由滚动轴承（54）支承在支承轴（53）上，所述支承轴（53）上端连接浮动轴（45），下端连接万向联轴节（61），所述防转杆（51）保证压力施加机构（5）在公转运动中随主座体（8）一起平动。

8.根据权利要求1所述的一种行星运动式研磨装置，其特征在于：所述同步带轮机构（42）能够采用齿轮机构代替。