CN105345640A - 一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置 - Google Patents

一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，包括公转单元和自转单元，所述公转单元包括公转电机和公转轴，所述公转电机驱动公转轴，所述自转单元与公转轴连接且由公转轴带动实现公转，所述自转单元包括自转电机、自转轴和抛光轮，所述自转轴由自转电机驱动，所述抛光轮固定安装在自转轴的一端且由自转轴带动实现自转，所述公转单元和自转单元通过螺栓与转接板连接在一起，转接板通过螺栓固定在机床上。本发明装置能够消除轮式EEM加工的光学元件表面的微细纹路，在平面甚至曲面上实现超光滑表面。

Description

一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置
技术领域
本发明涉及到计算机控制光学加工领域，所发明的装置适用于去除轮式弹性发射加工(ElasticEmissionMachining,EEM)装置加工表面产生的微细纹路，获取超光滑表面。
背景技术
现代光学提出超光滑光学表面的概念，即：表面粗糙度值小、表面和亚表面近乎无缺陷、表面加工残余应力低、表面晶体结构完整。基于流体动力效应的EEM是一种获取超光滑表面的方式，其机理为抛光轮旋转带动抛光液流动，抛光液中的纳米颗粒会以一定的速度撞击工件表面，具有一定动能的纳米颗粒克服工件表面势垒，与工件表面原子发生化学键和反应，形成一种氧化物，在流体剪切力的作用下，生成物被带走，形成材料去除。其中，抛光液流经抛光轮与工件之间的楔形间隙时，会产生压力的增大，这个压力使得抛光轮稳定悬浮在工件表面上方而不与其接触，避免了接触式抛光中的机械损伤问题；另外，与工件表面撞击的纳米颗粒所具有的动能不足以对工件表面造成塑性变形。基于上述原因，利用EEM抛光的表面是无损伤的超光滑表面，粗糙度可达0.1nmRMS以下。
由于抛光轮带动抛光颗粒定向运动，就会沿同一方向发生材料去除，产生各向异性误差，在加工表面上所表现出来的就是周期性规则微细纹路，这种纹路会使得抛光表面粗糙度值增加。为了消除这一影响，进一步提高表面粗糙度，日本的金冈正彦等人通过旋转工件来削弱纹路，结果粗糙度值提高到0.05nmRMS。但是这里存在一个问题，如果让工件旋转，那么加工区域只有工件中心位置，为了解决这一问题，本发明让抛光轮在自转的同时公转，扰乱抛光颗粒的运动轨迹。基于这一原理设计了一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，该装置能够在加工的过程中消除轮式EEM装置加工表面产生的微细纹路，获取超光滑表面。
本发明的技术方案是：
一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，包括公转单元和自转单元，所述公转单元包括公转电机和公转轴，所述公转电机驱动公转轴，所述自转单元与公转轴连接且由公转轴带动实现公转，所述自转单元包括自转电机、自转轴和抛光轮，所述自转轴由自转电机驱动，所述抛光轮固定安装在自转轴的一端且由自转轴带动实现自转，所述公转单元和自转单元通过螺栓与转接板连接在一起，转接板通过螺栓固定在机床上。
在使用时，本发明安装在五轴联动机床上，待加工的工件安装在机床大理石平台上，具有X轴的平移自由度和C轴的转动自由度；而本发明用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置具有Y、Z轴的平移自由度和A轴的转动自由度。其抛光轮在自转电机的带动下实现自转，自转单元通过螺栓连接到公转轴上，公转轴在公转电机的带动下转动，实现自转单元的公转。由于抛光轮在自转的同时公转，抛光颗粒的运动方向不再沿抛光轮切向速度方向，不规则的运动轨迹在工件表面产生不同方向的材料去除，从而避免各向异性误差，消除微细纹路。研究表明，轮式EEM抛光的材料去除效率正比于压力和剪切力。仿真结果表明，只要公、自转速度匹配合理，就可以在抛光区域产生压力和剪切力的增加，从而实现材料去除。所以该发明的内容能够达到预先期望的目标。
进一步地，本发明所述公转单元中的公转电机安装在公转电机支撑座上，公转电机支撑座通过螺栓固定在转接板上，所述公转电机的输出轴连接减速器之后的转动轴和一公转同步带轮连接，另一公转同步带轮连接公转轴的上端，两个公转同步带轮之间通过公转同步带传递动力，公转轴的下端通过螺栓连接自转单元，公转电机通电之后带动自转单元旋转。
所述公转单元还包括公转轴承端盖、公转轴承、公转轴承调整环和公转轴承锁紧螺母，所述公转轴的上下端均设有公转轴承端盖，两公转轴承端盖的内侧均设有一外套在公转轴上的公转轴承，两公转轴承之间设有公转轴承调整环，至少一公转轴承上设有公转轴承锁紧螺母。
本发明所述自转单元包括支撑臂，所述支撑臂的上端通过螺栓连接在公转轴的下端，所述支撑臂上安装有自转电机，所述自转电机的转动轴和一自转同步带轮连接，另一自转同步带轮连接在自转轴的右端，两自转同步带轮之间通过自转同步带传递动力，自转轴的左端通过螺栓与抛光轮连接在一起，自转电机通电之后带动抛光轮旋转。
所述自转单元还包括自转轴承密封端盖、自转轴承锁紧螺母、自转轴承端盖、自转轴承和自转轴承调整环，所述自转轴的左端设有自转轴承密封端盖，自转轴的右端设有自转轴承端盖，自转轴承密封端盖和自转轴承端盖的内侧均设有一外套在自转轴上的自转轴承，两自转轴承之间设有自转轴承调整环，至少一自转轴承上设有自转轴承锁紧螺母。
为了避免绕线，自转电机的动力通过与公转轴连接在一起的导电滑环接入，所述转接板上设置有导电滑环固定架，导电滑环的下方设置有与公转轴连接的导电滑环转接板，所述导电滑环固定在导电滑环固定架上。
本发明的有益效果
1、装置结构简单、可靠性高；
2、本发明装置能够消除轮式EEM加工的光学元件表面的微细纹路，在平面甚至曲面上实现超光滑表面。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是图1的主视图，并对主视图进行了剖面视图和局部视图
图3是图2的剖面视图；
图4是图2的局部视图；
图5是图1的左视图；
图6是图1的俯视图。
图中各标号表示：
1、支撑臂2、公转轴
3、自转轴承密封端盖4、自转轴承锁紧螺母
5、自转轴6、抛光轮
7、自转轴承端盖8、自转轴承
9、自转轴承调整环10、公转轴承端盖
11、公转轴承座12、公转轴承
13、公转轴承调整环14、转接板
15、公转轴承锁紧螺母16、公转电机支撑座
17、公转同步带轮18、自转同步带轮
19、自转同步带轮201、公转电机
202、自转电机21、导电滑环
22、导电滑环转接板23、防护罩
24、自转同步带25、公转同步带
26、抛光轮防护罩27、导电滑环固定架
28、减速器
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1-图6所示，本发明提供了一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，该装置主要由公转单元和自转单元组成。所述公转单元包括公转电机和公转轴，所述公转电机201驱动公转轴2，所述自转单元与公转轴连接且由公转轴带动实现公转，所述自转单元包括自转电机、自转轴5和抛光轮6，抛光轮6外设有抛光轮防护罩26；所述自转轴5由自转电机驱动，所述抛光轮6固定安装在自转轴5的一端且由自转轴5带动实现自转，所述公转单元和自转单元通过螺栓与转接板14连接在一起，转接板14通过螺栓固定在机床上。
公转单元如图2、图3和图6所示，公转单元中的公转电机安装在公转电机支撑座16上，公转电机支撑座16通过螺栓固定在转接板14上，所述公转电机的输出轴连接减速器28之后的转动轴和一公转同步带轮17连接，另一公转同步带轮17连接公转轴2的上端，两个公转同步带轮17之间通过公转同步带25传递动力，公转轴2的下端通过螺栓连接自转单元，公转电机通电之后带动自转单元旋转，旋转方向如图6所示。
如图3所示，所述公转单元还包括公转轴承端盖10、公转轴承12、公转轴承调整环13和公转轴承锁紧螺母15，所述公转轴2的上下端均设有公转轴承端盖10，两公转轴承端盖10的内侧均设有一外套在公转轴2上的公转轴承12，两公转轴承12之间设有公转轴承调整环13，至少一公转轴承12上设有公转轴承锁紧螺母15。
自转单元如图2和图4所示，自转单元包括支撑臂1，所述支撑臂1的上端通过螺栓连接在公转轴2的下端，所述支撑臂1上安装有自转电机，所述自转电机的转动轴和一自转同步带轮18连接，另一自转同步带轮18连接在自转轴5的右端，两自转同步带轮18之间通过自转同步带24传递动力，自转轴5的左端通过螺栓与抛光轮6连接在一起，自转电机通电之后带动抛光轮6旋转，旋转方向如图5所示。为了保护以及防尘，设有一防护罩23。两自转同步带轮18以及自转同步带24均设置在防护罩23内。
如图4所示，所述自转单元还包括自转轴承密封端盖3、自转轴承锁紧螺母4、自转轴承端盖10、自转轴承8和自转轴承调整环9，所述自转轴5的左端设有自转轴承密封端盖3，自转轴5的右端设有自转轴承端盖10，自转轴承密封端盖3和自转轴承端盖10的内侧均设有一外套在自转轴5上的自转轴承8，两自转轴承8之间设有自转轴承调整环9，至少一自转轴承8上设有自转轴承锁紧螺母4。
为了避免绕线，自转电机的动力通过与公转轴2连接在一起的导电滑环21接入，所述转接板14上设置有导电滑环固定架27，导电滑环21的下方设置有与公转轴2连接的导电滑环转接板22，所述导电滑环21固定在导电滑环固定架27上。
在具体实施中，本发明应通过以下几个步骤完成加工过程。
首先将被加工工件通过夹具固定到机床的大理石平台上，通过打表的方式将工件调平。
然后通过调节A轴将装置调竖直，通过塞尺和调节Z轴来保证抛光轮和工件之间的抛光间隙。
调好装置后向抛光液槽中注入纳米SiO2抛光液。
最后给自转伺服电机通电，通电之后抛光轮开始旋转，再给公转伺服电机通电，通电之后自转单元开始旋转，伺服电机的速度可以通过调节驱动器完成。
在抛光轮的自转和公转作用下，实现材料去除，消除微细纹路，获取超光滑表面。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (8)

1.一种用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：包括公转单元和自转单元，所述公转单元包括公转电机和公转轴，所述公转电机驱动公转轴，所述自转单元与公转轴连接且由公转轴带动实现公转，所述自转单元包括自转电机、自转轴和抛光轮，所述自转轴由自转电机驱动，所述抛光轮固定安装在自转轴的一端且由自转轴带动实现自转，所述公转单元和自转单元通过螺栓与转接板连接在一起，转接板通过螺栓固定在机床上。
2.根据权利要求1所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述公转单元中的公转电机安装在公转电机支撑座上，公转电机支撑座通过螺栓固定在转接板上，所述公转电机的输出轴连接减速器之后的转动轴和一公转同步带轮连接，另一公转同步带轮连接公转轴的上端，两个公转同步带轮之间通过公转同步带传递动力，公转轴的下端通过螺栓连接自转单元，公转电机通电之后带动自转单元旋转。
3.根据权利要求2所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述公转单元还包括公转轴承端盖、公转轴承、公转轴承调整环和公转轴承锁紧螺母，所述公转轴的上下端均设有公转轴承端盖，两公转轴承端盖的内侧均设有一外套在公转轴上的公转轴承，两公转轴承之间设有公转轴承调整环，至少一公转轴承上设有公转轴承锁紧螺母。
4.根据权利要求1所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述自转单元包括支撑臂，所述支撑臂的上端通过螺栓连接在公转轴的下端，所述支撑臂上安装有自转电机，所述自转电机的转动轴和一自转同步带轮连接，另一自转同步带轮连接在自转轴的右端，两自转同步带轮之间通过自转同步带传递动力，自转轴的左端通过螺栓与抛光轮连接在一起，自转电机通电之后带动抛光轮旋转。
5.根据权利要求4所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述自转单元还包括自转轴承密封端盖、自转轴承锁紧螺母、自转轴承端盖、自转轴承和自转轴承调整环，所述自转轴的左端设有自转轴承密封端盖，自转轴的右端设有自转轴承端盖，自转轴承密封端盖和自转轴承端盖的内侧均设有一外套在自转轴上的自转轴承，两自转轴承之间设有自转轴承调整环，至少一自转轴承上设有自转轴承锁紧螺母。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述自转电机的动力通过与公转轴连接在一起的导电滑环接入，所述转接板上设置有导电滑环固定架，导电滑环的下方设置有与公转轴连接的导电滑环转接板，所述导电滑环固定在导电滑环固定架上。
7.根据权利要求6所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：抛光轮外设有抛光轮防护罩。
8.根据权利要求7所述的用于获取超光滑表面的双转轮式弹性发射加工装置，其特征在于：所述自转单元还包括一防护罩，两自转同步带轮以及自转同步带均设置在防护罩内。
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