CN107756217A - 一种立式串并联抛光机床 - Google Patents

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徐鹏
张志辉
李兵
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Abstract

本发明公开了一种立式串并联抛光机床，包括床身、三条或三条以上并联驱动支链、动平台、串联转动臂组件和转台，转台的基体固定在床身上，转台带动固定在转台上的抛光工件以转台的中心轴为转轴转动；每条并联驱动支链的一端固定在床身上，另一端转动连接并驱动动平台，以实现动平台的空间三维平动；串联转动臂组件与动平台旋转连接，串联转动臂组件包括抛光工具，并且具有多个转动轴，使抛光工具以每个转动轴为转轴转动并对抛光工件进行抛光。该立式串并联抛光机床同时具备了传统串联机床和并联机床的优点，并且具有等离子体抛光和机械抛光两个工位，能对空间复杂曲面和超硬材料进行高精度抛光。

Description

一种立式串并联抛光机床
技术领域
本发明涉及抛光机床，尤其涉及一种立式串并联抛光机床。
背景技术
对于超精密加工而言，曲面抛光工序决定了工件的粗糙度和面形精度的数量级，是影响自由曲面光学元件品质的关键环节。传统的抛光机床都是采用串联机构，由于机构本身的误差累计程度很难降低，往往需要投入很高的生产成本。
近年来，并联机构以其累计误差小、精度高、刚度高等特点在机床领域应用越来越广泛。然而，并联机构也存在固有缺陷，尤其是六自由度的并联机构，其运动耦合性强、工作空间小、数控编程复杂等缺点使得其应用和推广受到了很大程度的限制。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种立式串并联抛光机床，将串联机构和少自由度并联机构组合使用，构成串并联抛光机床，该机床同时具备了传统串联机床和并联机床的优点，适合做空间复杂曲面的高精度抛光。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：提供一种立式串并联抛光机床，其特征在于，包括床身、三条或三条以上并联驱动支链、动平台、串联转动臂组件和转台，所述转台的基体固定在所述床身上，所述转台带动固定在转台上的抛光工件以转台的中心轴为转轴转动；每条所述并联驱动支链的一端固定在所述床身上，另一端转动连接并驱动所述动平台，以实现所述动平台的空间三维平动；所述串联转动臂组件与所述动平台旋转连接，所述串联转动臂组件包括抛光工具，并且具有多个转动轴，使所述抛光工具以每个转动轴为转轴转动并对抛光工件进行抛光。
优选地，三条或三条以上并联驱动支链均匀分布，并且每相邻两条并联驱动支链之间的夹角相同；其中每条所述并联驱动支链包括一个直线运动模块和两个连杆；两个连杆分别是第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的两端分别设置有第一球铰和第三球铰，所述第二连杆的两端分别设置有第二球铰和第四球铰，所述直线运动模块包括滑块和导轨，所述滑块设置在所述导轨上并沿着所述导轨上下滑动，所述第三球铰和所述第四球铰分别与所述滑块转动连接，所述第一球铰和所述第二球铰分别与所述动平台转动连接，实现由三条或三条以上并联驱动支链驱动所述动平台进行空间三维平动。
优选地，每条所述并联驱动支链中直线运动模块的导轨倾斜布置，并且倾斜角度相同，所述直线运动模块中的滑块驱动由伺服电机驱动滚珠丝杠螺母或者直线电机驱动实现。
优选地，所述串联转动臂组件还包括转动上臂、转动下臂和抛光主轴，所述转动上臂的上连接端与动平台旋转连接，并且以所述动平台上连接圆孔的中心轴为转轴转动，所述转动上臂的下连接端与转动下臂的上连接端旋转连接，所述转动下臂以所述转动上臂的下连接端上连接圆孔的中心轴为转轴转动，所述转动下臂的下连接端与抛光主轴旋转连接，所述抛光主轴以自身的中心轴为转轴转动，抛光工具固定在抛光主轴的抛光端，对被抛光工件进行抛光。
优选地，所述转动上臂的转轴、转动下臂的转轴和抛光主轴的转轴相交于抛光工具的球心。
优选地，所述抛光工具以所述转动上臂的转轴、转动下臂的转轴和抛光主轴的转轴为转动轴进行三轴转动。
优选地，所述抛光工具是覆盖抛光布的半球形橡胶基柔性抛光头，并通过改变抛光头基体橡胶制备的原料配比，达到不同的硬度要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，附图中：
图1为本发明的立式串并联抛光机床总体结构的一个实施例示意图；
图2为本发明的串并联结构组件的一个实施例示意图；
图3为等离子体和机械抛光工具混合抛光的串并联抛光机床的实施例示意图；
图4为等离子体炬的安装示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的立式串并联抛光机床总体结构的一个实施例示意图。该立式串并联抛光机床包括床身1、三条或三条以上并联驱动支链2、动平台3、串联转动臂组件4和转台5，转台5的基体固定在所述床身1上，转台5带动固定在转台5上的抛光工件以转台5的中心轴为转轴转动；每条并联驱动支链2的一端固定在床身1上，另一端转动连接并驱动动平台3，以实现动平台3的空间三维平动；串联转动臂组件4与动平台3旋转连接，串联转动臂组件4包括抛光工具41，并且具有多个转动轴，使抛光工具41以每个转动轴为转轴转动并对抛光工件进行抛光。转台5可以是数控转台。
三条或三条以上并联驱动支链2均匀分布，并且每相邻两条并联驱动支链之间的夹角相同；其中每条并联驱动支链2包括一个直线运动模块和两个连杆；两个连杆分别是第一连杆22和第二连杆23，第一连杆22和第二连杆23是完全相同的两个连杆，并且平行设置。第一连杆22的两端分别设置有第一球铰221和第三球铰222，第二连杆23的两端分别设置有第二球铰231和第四球铰232，直线运动模块包括滑块211和导轨212，滑块211设置在导轨212上并沿着导轨212上下滑动，第三球铰222和第四球铰232分别与滑块211转动连接，第一球铰221和第二球铰231分别与动平台3转动连接。三条或三以上并联驱动支链2同时驱动动平台3，抛光工具41随着动平台3进行空间三维平动，因此抛光工具41抛光头的三维空间位置由三条或三以上并联驱动支链2驱动实现。每条并联驱动支链2中直线运动模块的导轨212倾斜布置，并且倾斜角度相同，直线运动模块中的滑块驱动可以由伺服电机驱动滚珠丝杠螺母或者直线电机驱动实现。
图2为本发明的串并联结构组件的一个实施例示意图。串联转动臂组件4还包括转动上臂42、转动下臂43和抛光主轴44，转动上臂42的上连接端与动平台3旋转连接，并且以动平台3上连接圆孔的中心轴为转轴转动，转动上臂42的下连接端与转动下臂43的上连接端旋转连接，转动下臂43以转动上臂42的下连接端上连接圆孔的中心轴为转轴转动，转动下臂43的下连接端与抛光主轴44旋转连接，抛光主轴44以自身的中心轴为转轴转动，抛光工具41固定在抛光主轴44的抛光端，对抛光工件进行抛光。
转动上臂42的转轴421、转动下臂43的转轴431和抛光主轴44的转轴441相交于圆形抛光工具41的球心。抛光工具41以转动上臂42的转轴421、转动下臂43的转轴431和抛光主轴44的转轴441为转动轴进行三轴转动。抛光工具41是覆盖抛光布的半球形橡胶基柔性抛光头，并通过改变抛光头基体橡胶制备的原料配比，达到不同的硬度要求。
图3是等离子体和机械抛光工具混合抛光的串并联抛光机床的实施例示意图。串联转动臂组件4包括转动上臂42、两个转动下臂43、抛光主轴44、抛光工具41和等离子体抛光工具45。转动上臂42的上连接端与动平台3旋转连接，并且以动平台3上连接圆孔的中心轴为转轴转动，转动上臂42具有两个下连接端，分别与两个转动下臂43对应的上连接端旋转连接，两个转动下臂43分别以对应的转动上臂42的下连接端连接圆孔的中心轴为转轴转动。一个转动下臂43的下连接端与抛光主轴44旋转连接，抛光主轴44以自身的中心轴为转轴转动，抛光工具41固定在抛光主轴44的抛光端，对抛光工件进行物理抛光。
图4是等离子体炬的安装示意图。另一个转动下臂43的下连接端固定并安装等离子体抛光工具45。在等离子体抛光的过程中，转动上臂42的转轴421、对应的转动下臂43的转轴431和等离字体抛光工具45的中心轴451相交于一点。
在特定的抛光过程中，根据具体抛光精度要求和不同硬度的抛光工件，抛光机床只能安装一套抛光工具。在等离子抛光过程中，使用者需要取下抛光主轴44、抛光工具41和对应的转动下臂43。同样地，在机械抛光过程中，使用者需要取下等离子体抛光工具45和对应的转动下臂45。
进一步地，本发明的实施例还包括，上述实施例的各技术特征，相互组合形成的立式串并联抛光机床。需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种立式串并联抛光机床，其特征在于，包括床身(1)、三条或三条以上并联驱动支链(2)、动平台(3)、串联转动臂组件(4)和转台(5)，所述转台(5)的基体固定在所述床身(1)上，所述转台(5)带动固定在转台(5)上的抛光工件以转台(5)的中心轴为转轴转动；每条所述并联驱动支链(2)的一端固定在所述床身(1)上，另一端转动连接并驱动所述动平台(3)，以实现所述动平台(3)的空间三维平动；所述串联转动臂组件(4)与所述动平台(3)旋转连接，所述串联转动臂组件(4)包括抛光工具(41)，并且具有多个转动轴，使所述抛光工具(41)以每个转动轴为转轴转动并对抛光工件进行抛光。
2.根据权利要求1所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，三条或三条以上并联驱动支链(2)均匀分布，并且每相邻两条并联驱动支链(2)之间的夹角相同；其中每条所述并联驱动支链(2)包括一个直线运动模块和两个连杆；两个连杆分别是第一连杆(22)和第二连杆(23)，所述第一连杆(22)的两端分别设置有第一球铰(221)和第三球铰(222)，所述第二连杆(23)的两端分别设置有第二球铰(231)和第四球铰(232)，所述直线运动模块包括滑块(211)和导轨(212)，所述滑块(211)设置在所述导轨(212)上并沿着所述导轨(212)上下滑动，所述第三球铰(222)和所述第四球铰(232)分别与所述滑块(211)转动连接，所述第一球铰(221)和所述第二球铰(231)分别与所述动平台(3)转动连接，实现由三条或三条以上并联驱动支链(2)同时驱动所述动平台(3)进行空间三维平动。
3.根据权利要求2所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，每条所述并联驱动支链(2)中直线运动模块的导轨(212)倾斜布置，并且倾斜角度相同，所述直线运动模块中的滑块驱动由伺服电机驱动滚珠丝杠螺母或者直线电机驱动实现。
4.根据权利要求1所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，所述串联转动臂组件(4)还包括转动上臂(42)、转动下臂(43)和抛光主轴(44)，所述转动上臂(42)的上连接端与动平台(3)旋转连接，并且以所述动平台(3)上连接圆孔的中心轴为转轴转动，所述转动上臂(42)的下连接端与转动下臂(43)的上连接端旋转连接，所述转动下臂(43)以所述转动上臂(42)的下连接端上连接圆孔的中心轴为转轴转动，所述转动下臂(43)的下连接端与抛光主轴(44)旋转连接，所述抛光主轴(44)以自身的中心轴为转轴转动，抛光工具(41)固定在抛光主轴(44)的抛光端，对抛光工件进行抛光。
5.根据权利要求4所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，所述转动上臂(42)的转轴、转动下臂(43)的转轴和抛光主轴(44)的转轴相交于抛光工具(41)的球心。
6.根据权利要求5所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，所述抛光工具(41)以所述转动上臂(42)的转轴、转动下臂(43)的转轴和抛光主轴(44)的转轴为转动轴进行三轴转动。
7.根据权利要求5所述的立式串并联抛光机床，其特征在于，所述抛光工具(41)是覆盖抛光布的半球形橡胶基柔性抛光头，并通过改变抛光头基体橡胶制备的原料配比，达到不同的硬度要求。
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