CN108481189B - 可自调气压的气囊抛光头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自调气压的气囊抛光头，包括气囊盘、抛光气囊、气压自调节模块以及进气阀门；该抛光气囊的加工侧为球冠形，另一侧固定安装在该气囊盘上；抛光气囊内部设有抛光腔，该抛光气囊加工侧外表面相对该抛光腔区域，部分或者全部区域与抛光工作部位相对；该气压自调节模块用于所述抛光腔内的气压自动调节；该进气阀门用以配合实现向抛光气囊进行充气。本发明可以实现抛光气囊的抛光腔气压自动缓冲平衡、避免刚性接触、缓冲柔性好的超精密抛光的目的。

Description

可自调气压的气囊抛光头

技术领域

本发明涉及一种可自调气压的气囊抛光头，属于一种抛光设备，特别涉及一种用于气囊抛光的抛光设备。

背景技术

目前，气囊抛光是一种用于光学元件，尤其是大尺寸光学非球面元件精密/超精密光整加工的重要手段。气囊抛光将一定压力的气体充入球形气囊中，并在设计的路径、速度和压力下，利用粘贴在球形气囊头部的抛光垫，实现工件的抛光作业。由于气囊抛光头在内部气压的作用下而绷紧，所以当气囊抛光头压到工件的瞬间，气囊抛光头与工件为“刚性”接触，因此会对抛光质量带来一定影响。

授权公告号为CN102825543b的一项名为“一种用于气囊式抛光的气囊抛光头”的国家发明专利，公开了“一种当气囊内部压力改变时，气囊的变形量小，可定位精度、显著提高加工精度的用于气囊式抛光的气囊抛光头。包括轴连接头、球冠形气囊壳和抛光材料层，球冠形气囊壳的开口端与轴连接头固连，抛光材料层粘固于球冠形弹性外层表面；其特点在于，球冠形气囊壳设有球冠形弹性外层和球冠形弹性内层，球冠形弹性内层的弹性模量大于球冠形弹性外层的弹性模量，球冠形弹性外层直接注塑成型在球冠形弹性内层表面，球冠形弹性外层与球冠形弹性内层固结。”该专利仅能解决因气囊充气，使气囊变形量大，而导致的加工时定位误差大，加工精度低等问题。

CN104723216A公开的“一种圆盘式圆弧气囊抛光头”，该气囊抛光头是通过在环形气囊橡胶层中使用弹性钢网作为环形气囊支架，来增加气囊的弹性模量，减少气囊充气后的变形量。

总之，现有气囊抛光头大都解决变形量大的问题，并通过提高气囊抛光头的刚性来解决这一问题。却忽略了气囊抛光头与工件接触的瞬间，因“刚性”接触而影响抛光质量的问题。

为此，本案发明人提出了一种可自调气压的气囊抛光头，用于实现气囊抛光作业时的柔性加工，并具有通用性好、稳定可靠、使用方便的特点，本案由此而产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对气囊抛光时柔性抛光的需要，提供了一种可自调气压的气囊抛光头，实现气囊气压自动缓冲平衡、避免刚性接触、缓冲柔性好的超精密抛光的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种可自调气压的气囊抛光头，包括气囊盘、抛光气囊、气压自调节模块以及进气阀门；该抛光气囊的加工侧为球冠形，另一侧固定安装在该气囊盘上；抛光气囊内部设有抛光腔，该抛光气囊加工侧外表面相对该抛光腔区域，部分或者全部区域与抛光工作部位相对；该气压自调节模块用于所述抛光腔内的气压自动调节；该进气阀门用以配合实现向抛光气囊进行充气。

优选地，所述的抛光气囊内部还设有缓冲腔，所述抛光腔与缓冲腔之间通过隔板进行分隔，所述的隔板上开有至少两个连通两腔的缓冲孔；所述的气压自调节模块为单向阀，每个缓冲孔上均安装有一个单向阀，且抛光腔与缓冲腔之间的单向阀至少有两个的通气方向相反；且该单向阀在两侧压力相同时为常闭状态。

优选地，所述的气压自调节模块包括缓冲密封轴、压缩弹簧以及挡圈；该缓冲密封轴一侧为可以塞于所述缓冲孔内的塞盖，另一侧为可套在所述缓冲孔内的轴；该挡圈中间设有与轴紧密套合固定的孔；该压缩弹簧套在所述轴上，并位于所述缓冲孔侧边外壁与挡圈之间；所述抛光腔与缓冲腔之间的气压自调节模块中，至少有两个气压自调节模块的安装方向相反。

优选地，所述抛光腔与缓冲腔之间的同一安装方向的气压自调节模块设置有两组或者多组，各组的压缩弹簧具有不同的弹簧刚度。

优选地，所述的气囊盘下方设有环形凹槽，所述抛光气囊非加工侧的外周设有环形凸台，安装时，该环形凸台卡在环形凹槽内，再将一压紧垫圈套在抛光气囊上并位于环形凸台下方，之后利用若干螺钉将抛光气囊与气囊盘固定在一起。

优选地，所述的抛光气囊上设有充气口，该充气口与所述的缓冲腔相通；所述的进气阀门安装在该充气口上。所述的气囊盘上可以设有与所述充气口位置相对的安装孔，该安装孔用以配合充气口安装所述的进气阀门。

优选地，所述的抛光气囊上设有充气口，该充气口与所述的抛光腔相通；所述的进气阀门安装在该充气口上。所述的气囊盘上可以设有与所述充气口位置相对的安装孔，该安装孔用以配合充气口安装所述的进气阀门。

采用上述方案后，与现有的气囊抛光头相比，本发明具有以下突出特点：

1.采用气压自调节模块，可实现抛光腔本身，或者抛光腔与缓冲腔之间的气压自动缓冲平衡。在气囊抛光过程中，抛光腔在抛光力变化时，抛光腔将被挤压变形，会引起腔体内气压的变化。通过气压自调节模块可以平衡抛光腔内的气压，从而实现气压自动缓冲平衡。进一步的可以设置缓冲腔，在抛光腔和缓冲腔之间的缓冲孔上安装有气压自调节模块，因此当抛光腔气压高于或低于相邻腔体时，高压一侧腔体的空气在压差的作用下，将顶开气压自调节模块，进入到低压一侧腔体中，从而实现气压自动缓冲平衡。

2.避免抛光头在抛光时与工件的刚性触碰。由于本发明设置了气压自调节模块可以自动调节抛光腔的气压，或者将抛光气囊分隔为抛光腔及缓冲腔，并采用了气压自调节模块来实现各腔室气压的自动平衡，因此可以实现抛光时接触力的缓冲，避免抛光头与工件的刚性接触，因此可以获得更好的加工表面质量。

3.本发明的气压自调节模块可以采用设有压缩弹簧的单向阀，各单向阀的压缩弹簧可以采用不同的弹簧刚度，可使得缓冲功能具备更好的柔性。由于本发明可以采用几组不同弹簧刚度的压缩弹簧，因此随着抛光气囊腔体内压差的增大，气压自调节模块被顶开的数量也增多，从而实现压力自适应缓冲调节的柔性控制。

由此可见，利用本发明可以确保气囊抛光头实现气压自动缓冲平衡、避免刚性接触、缓冲柔性好等优点，因此具有很大的研究价值和可行性。

附图说明

图1为本发明实施例的抛光气囊腔体分隔示意图；

图2为本发明实施例的剖面示意图；

图3为本发明实施例的气压自调节模块位置示意图；

图4为本发明实施例的气压自调节模块工作示意图；

图5为本发明实施例的气压自调节模块的分解示意图；

图6为本发明实施例采用多组气压自调节模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种可自调气压的气囊抛光头，如图1至图5所示，为本发明的较佳实施例。所述的气囊抛光头包括气囊盘1、抛光气囊2、气压自调节模块3以及进气阀门4。其中：

所述的气囊盘1用于固定安装所述的抛光气囊2，其固定安装可以采用多种结构。本实施例，该气囊盘1下方设有环形凹槽11，该抛光气囊2非加工侧的外周设有环形凸台26，安装时，该环形凸台26卡在环形凹槽11内，再将一压紧垫圈5套在抛光气囊2上并位于环形凸台26下方，之后利用若干螺钉6将抛光气囊2与气囊盘1固定在一起。

所述的抛光气囊2加工侧为球冠形，另一侧即非加工侧固定安装在所述的气囊盘1上。该抛光气囊2内部设有抛光腔21，抛光气囊2加工侧外表面相对该抛光腔21区域，部分或者全部区域与抛光工作部位相对。

所述的气压自调节模块3用于所述抛光腔21内的气压自动调节，其可以是与抛光腔21相连通的压力调节阀。但是传统的压力调节阀需要配合控制系统的控制信号进行调节，其调节速度通常较慢且控制较为复杂。

为此，本发明采用如下具体实施方式实现气压的自动调节。所述的抛光气囊2内部还设有缓冲腔22，所述抛光腔21与缓冲腔22之间通过隔板23进行分隔。具体的，该隔板23与抛光气囊2的主体可以采用相同材料。由于气囊抛光作用业时需要将气囊抛光头倾斜一定角度，因此实际的抛光工作部位在抛光气囊2球冠形加工侧的中间区域。为此，本实施例该抛光气囊2内部由两个同心的环形隔板23分成同心的三个腔，中间的环形腔为抛光腔21，其他两个腔室为缓冲腔22，分别为缓冲腔一221和缓冲腔二222。同时，所述抛光腔21与缓冲腔22之间的隔板23上开有至少两个连通两腔的缓冲孔24，每个缓冲孔24上均安装有一个所述的气压自调节模块3。本实施例的气压自调节模块3为单向阀，抛光腔21与缓冲腔22之间的单向阀至少有两个的通气方向相反，且该单向阀在两侧压力相同时为常闭状态。所述单向阀的具体结构可以采用多种形式。本实施例的单向阀具体结构如下(如图5所示)：其包括缓冲密封轴31、压缩弹簧32以及挡圈33；该缓冲密封轴31一侧为可以塞于所述缓冲孔24内的塞盖311，另一侧为可套在所述缓冲孔24内的轴312；所述挡圈33中间设有可以与缓冲密封轴31的轴312紧密套合固定的孔331；所述的压缩弹簧32套在所述轴312上，并位于所述缓冲孔24侧边外壁与挡圈33之间。所述的缓冲密封轴31、压缩弹簧32及挡圈33组成所述的气压自调节模块3，且图3、4中设有两组气压自调节模块3，即气压自调节模块一3a及气压自调节模块二3b，两组气压自调节模块3的安装方向相反，该气压自调节模块3用来实现抛光腔21与缓冲腔一221之间、抛光腔21与缓冲腔二222之间的气压平衡。

所述的进气阀门4安装在所述抛光气囊2或者气囊盘1上，或者同时安装在气囊盘1和抛光气囊2上，用以配合实现向抛光气囊2进行充气。本实施例，该进气阀门4安装在所述抛光气囊2的充气口25上，并与所述的缓冲腔一221相通。该充气口25也可以设置在其他缓冲腔22或者抛光腔21位置。所述的气囊盘1上可以设置与所述充气口25位置相对的安装孔12，该安装孔12用以配合充气口25安装所述的进气阀门4。

本发明实施例所述的气压自调节模块3的工作原理为：如图3及图4，图中的气压自调节模块一3a和气压自调节模块二3b都属于气压自调节模块，它们彼此反向安装。其中，气压自调节模块一3a用来实现缓冲腔一221的空气进入抛光腔21，而气压自调节模块二3b用来实现抛光腔21的空气进入缓冲腔一221。当抛光腔21的气压高于缓冲腔一221的气压，且压差大于气压自调节模块二3b的压缩弹簧32的弹簧力时，抛光腔21的空气将进入缓冲孔24，顶开缓冲密封轴31，并将压缩弹簧32压缩，从而使得空气由抛光腔21进入缓冲腔一221，进而平衡抛光腔21和缓冲腔一221的空气压力。当抛光腔21和缓冲腔一221的压差小于气压自调节模块二3b的弹簧力时，压缩弹簧32的复位力推动挡圈33，从而带动缓冲密封轴31复位，将缓冲孔24堵上，抛光腔21和缓冲腔一221被隔离开来。同样的，当缓冲腔一221的气压高于抛光腔21的气压，且压差大于气压自调节模块一3a的弹簧力时，缓冲腔一221的空气顶开缓冲密封轴31，并进入抛光腔21，从而平衡缓冲腔一221和抛光腔21的空气压力。当抛光腔21和缓冲腔一221的压差小于气压自调节模块一3a的弹簧力时，压缩弹簧32带动缓冲密封轴31复位，缓冲孔24被堵上，抛光腔21和缓冲腔一221隔离开来。抛光腔21和缓冲腔二222之间的气压自调节模块3的工作原理也是如此。

气囊抛光机工作前，先通过进气阀门4往抛光气囊2中充入一定气压的空气。因为进气阀门4和缓冲腔一221相通，所以空气会先进入缓冲腔一221。由于这时缓冲腔一221的气压大于抛光腔21。当缓冲腔一221和抛光腔21的压差大于压缩弹簧32的弹簧力时，那么在压差的作用下，缓冲腔一221中的空气将顶开气压自调节模块一3a中的缓冲密封轴31，并将压缩弹簧32压缩，从而空气进入抛光腔21中(图3)。同样的，由于抛光腔21中的气压升高，当气压高于缓冲腔二222时，且抛光腔21和缓冲腔二222的压差大于压缩弹簧32的弹簧力时，抛光腔21的空气顶开抛光腔21与缓冲腔二222之间的气压自调节模块3，从而使得抛光腔21的空气进入缓冲腔二222，并使得缓冲腔二222的气压升高。当相邻两个腔体的气压小于压缩弹簧32的弹簧力时，压缩弹簧32在弹簧力的作用下复位，推动原本被顶开的缓冲密封轴31复位，从而将缓冲孔24堵上。当抛光气囊2中的气压达到所需要的压力时，停止往进气阀门4充气。因为进气阀门4为单向进气，因此停止充气后，抛光气囊2中的空气不会泄露到抛光气囊2外部，可以保证抛光气囊2内的压力在合理范围之内。

由于大部分气囊抛光机在作业时需要倾斜一定的角度，因此本实施例设计的抛光气囊2的三个腔室结构，在气囊抛光时，抛光工作部位在抛光气囊2的抛光腔21的区域内。这样，当抛光作业时，抛光腔21将被挤压，因此抛光腔21内部几何空间变小，抛光腔21的气压将相应增大，当抛光腔21与相邻缓冲腔一221或缓冲腔二222的压差高于压缩弹簧32的弹簧力时，缓冲密封轴31被顶开，抛光腔21中的空气进入缓冲腔22，从而实现抛光时接触力的缓冲，避免抛光头与工件的刚性接触，因此可以获得更好的加工表面质量。这一过程可以发生在气囊抛光头与工件接触的瞬间，从而可以避免因瞬间的刚性接触而影响工件的加工质量。这一过程也可以发生在气囊抛光的过程中，通过气压自动缓冲平衡，实现更好的柔性加工，提高抛光质量。

当抛光气囊2抬高离开工件时，抛光腔21挤压程度将减弱或不被挤压，抛光腔21内部几何空间变大，抛光腔21内的气压相应变小，当抛光腔21与相邻缓冲腔一221或缓冲腔二222的压差高于压缩弹簧32的弹簧力时，缓冲密封轴31被顶开，缓冲腔22中的空气进入抛光腔21，从而补偿抛光腔21中的气压。

另外，在抛光气囊2内可以采用不同弹簧刚度的压缩弹簧32组成不同的气压自调节模块3。如图6所示发明实施例中，在抛光腔21和缓冲腔一221之间采用了三种不同弹簧刚度的压缩弹簧32，从而组成了三组不同弹簧力的气压自调节模块3，即气压自调节模块3A、气压自调节模块3B和气压自调节模块3C。由于气压自调节模块3A、气压自调节模块3B和气压自调节模块3C的弹簧刚度不同(例如气压自调节模块3A<气压自调节模块3B<气压自调节模块3C)，那么当抛光腔21和缓冲腔一221之间的压差较小时，气压自调节模块3A会先被顶开。当压差增大时，气压自调节模块3B、气压自调节模块3C也会陆续被顶开。因此，当压差越大时，被顶开的自动调节模块就越多，从而实现抛光时随抛光力的大小自动缓冲调节。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (7)

1.一种可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：包括气囊盘（1）、抛光气囊（2）、气压自调节模块（3）以及进气阀门（4）；该抛光气囊（2）的加工侧为球冠形，另一侧固定安装在该气囊盘（1）上；抛光气囊内部设有抛光腔（21），该抛光气囊（2）加工侧外表面相对该抛光腔（21）区域，部分或者全部区域与抛光工作部位相对；该气压自调节模块（3）用于所述抛光腔（21）内的气压自动调节；该进气阀门（4）用以配合实现向抛光气囊（2）进行充气; 所述的抛光气囊（2）内部还设有缓冲腔（22），所述抛光腔（21）与缓冲腔（22）之间通过隔板（23）进行分隔，所述的隔板（23）上开有至少两个连通两腔的缓冲孔（24）；所述的气压自调节模块（3）为单向阀，每个缓冲孔（24）上均安装有一个单向阀，且抛光腔（21）与缓冲腔（22）之间的单向阀至少有两个的通气方向相反；且该单向阀在两侧压力相同时为常闭状态；所述的气压自调节模块（3）包括缓冲密封轴（31）、压缩弹簧（32）以及挡圈（33）；该缓冲密封轴（31）一侧为可以塞于所述缓冲孔（24）内的塞盖（311），另一侧为可套在所述缓冲孔（24）内的轴（312）；该挡圈（33）中间设有与轴（312）紧密套合固定的孔（331）；该压缩弹簧（32）套在所述轴（312）上，并位于所述缓冲孔（24）侧边外壁与挡圈（33）之间；所述抛光腔（21）与缓冲腔（22）之间的气压自调节模块（3）中，至少有两个气压自调节模块的安装方向相反。

2.根据权利要求1所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述抛光腔（21）与缓冲腔（22）之间的同一安装方向的气压自调节模块（3）设置有两组或者多组，各组的压缩弹簧（32）具有不同的弹簧刚度。

3.根据权利要求1-2任一所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述的气囊盘（1）下方设有环形凹槽（11），所述抛光气囊（2）非加工侧的外周设有环形凸台（26），安装时，该环形凸台（26）卡在环形凹槽（11）内，再将一压紧垫圈（5）套在抛光气囊（2）上并位于环形凸台（26）下方，之后利用若干螺钉（6）将抛光气囊（2）与气囊盘（1）固定在一起。

4.根据权利要求1-2任一所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述的抛光气囊（2）上设有充气口（25），该充气口（25）与所述的缓冲腔（22）相通；所述的进气阀门（4）安装在该充气口（25）上。

5.根据权利要求4所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述的气囊盘（1）上设有与所述充气口（25）位置相对的安装孔（12），该安装孔（12）用以配合充气口（25）安装所述的进气阀门（4）。

6.根据权利要求1-2任一所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述的抛光气囊（2）上设有充气口（25），该充气口（25）与所述的抛光腔（21）相通；所述的进气阀门（4）安装在该充气口（25）上。

7.根据权利要求6所述的可自调气压的气囊抛光头，其特征在于：所述的气囊盘（1）上设有与所述充气口（25）位置相对的安装孔（12），该安装孔（12）用以配合充气口（25）安装所述的进气阀门（4）。