CN112171436A - 一种轮式抛光装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工的技术领域，公开了一种轮式抛光装置，包括设置在运动机构上的柱状支架，所述柱状支架上设置有旋转机构和抛光气囊，所述旋转机构用于带动抛光气囊同时做公转和自转运动，借助运动机构带动柱状支架连同抛光气囊按照加工设定路线移动，同时利用旋转机构带动抛光气囊做公转和自转运动，实现对待加工部件的抛光加工。还公开了一种基于轮式抛光装置的加工方法，利用本发明的装置可以最大程度上实现了抛光轨迹和路径的随机化、均匀化，从而使在抛光加工时中高频等周期性误差不会遗留在待加工部件的表面。

Description

一种轮式抛光装置及加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工的技术领域，尤其涉及一种轮式抛光装置及加工方法。

背景技术

随着超精密光学制造技术的飞速发展，传统的手工沥青抛光方式由于经验比重大、工艺不稳定而逐渐被新型的数控加工方式取代。新型的数控加工方式由于其确定性、高效率和局部性去除的优势在当前的光学制造领域得到广泛应用，其中应用最广的为CCOS技术即小工具加工技术，目前已成为实现高精度光学表面加工的一个重要手段，但是CCOS技术由于加工轨迹单一、去除路径固化和小工具本身的局限，使得这种技术虽然能够得到高精度的低频PV指标，但是同时给中频PSD和高频rms指标带来较差的影响，即周期性的中高频面形误差较大。

发明内容

本发明提供了一种轮式抛光装置及加工方法，解决了现有CCOS技术的加工轨迹单一、去除路径固化，周期性的中高频面形误差较大等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种轮式抛光装置，包括设置在运动机构上的柱状支架，所述柱状支架上设置有旋转机构和抛光气囊，所述旋转机构用于带动抛光气囊同时做公转和自转运动，借助运动机构带动柱状支架连同抛光气囊按照加工设定路线移动，同时利用旋转机构带动抛光气囊做公转和自转运动，实现对待加工部件的抛光加工。

进一步，所述旋转机构包括沿所述柱状支架的轴向设置的主轴，所述主轴的一端与柱状支架的顶面中心相连，另一端与电动机的输出轴相连，在所述柱状支架的底面沿其直径方向设置有抛光气囊，所述抛光气囊能够绕直径方向转动，实现其自转，所述电动机用于带动柱状支架连同抛光气囊沿柱状支架轴向方向做旋转运动，实现抛光气囊的公转。

进一步，在所述柱状支架的底面沿其直径方向设置有中轴，所述中轴沿抛光气囊的轴向中心线贯穿，其与柱状支架相接触的部分设置有轴承，所述中轴的一端穿过轴承与阻力轮连接，所述阻力轮的表面与摩擦环的摩擦面相接触，所述摩擦环套装在柱状支架外侧，与其同轴设置，所述电动机带动柱状支架连同抛光气囊沿柱状支架轴向方向做旋转运动，同时，带动阻力轮与摩擦环摩擦接触，使阻力轮转动，进而带动中轴转动，实现抛光气囊绕其轴向中心线的自转。

进一步，所述摩擦环设置在筒状支架的开口端边缘，所述筒状支架套装在柱状支架外侧，其封闭端上设置有连接板，所述连接板与运动机构相连。

进一步，所述主轴的延长线穿过抛光气囊的球心。

进一步，所述加工设定路线设置为阿基米德螺旋线。

进一步，所述运动机构设置为龙门机床。

一种基于上文所述的轮式抛光装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将待加工部件设置在龙门机床上，抛光气囊的下方，根据实际情况，设置电动机的转速；

步骤二、通过电动机带动抛光气囊转动，通过龙门机床使其轻触待加工部件的四周，调整待加工部件至水平；

步骤三、通过龙门机床调整抛光气囊的位置以及对待加工部件的下压力，使其接触待加工部件的中心，按照加工设定路线，对待加工部件进行抛光作业；

步骤四、重复步骤三，直至待加工部件的抛光面达到加工要求。

本发明有益的技术效果在于：

本发明的装置主要用于高精度光学冷加工技术，其主要特征在于以抛光气囊作为抛光轮同时实现了公转和自转，使抛光轨迹和路径最大程度上实现了随机化和均匀化；同时，抛光轮的去除压力和接触面积均可调，由于抛光轮的接触点小，运动轨迹精度可调，使高精度修抛成为了可能，这为实现超精密光学制造有着极为重要的意义。另外，本发明的抛光装置结构简单，可以实现均匀、随机的抛光轨迹，有效降低光学元件在小工具加工过程中出现的周期性中高频面形误差，对光学元件的全频谱面形误差具有较好的抑制效果，可以应用于高精度的光学元件面形精修工序。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的总体结构的轴向剖面示意图；

图3为本发明的抛光气囊在待加工部件上的加工设定路线示意图；

图4为利用本发明的抛光装置对待加工部件进行抛光后，测量得到的局部面型示意图；

其中，1-柱状支架，2-抛光气囊，3-主轴，4-连接法兰，5-中轴，6-轴承，7-阻力轮，8-摩擦环，9-筒状支架，10-连接板。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1和2所示，本发明提供了一种轮式抛光装置，包括设置在运动机构上的柱状支架1，在柱状支架1上设置有旋转机构和抛光气囊2，该旋转机构用于带动抛光气囊2同时做公转和自转运动，借助运动机构带动柱状支架1连同抛光气囊2按照加工设定路线移动，同时利用旋转机构带动抛光气囊2做公转和自转运动，实现对待加工部件的抛光加工。这样，旋转机构带动抛光气囊2的公转和自转运动，以及运动机构带动抛光气囊2按照加工设定路线运动的复合运动，通过两者的复合运动对待加工部件进行抛光作业，最大程度上实现了抛光轨迹和路径的随机化、均匀化，从而使在抛光加工时中高频等周期性误差不会遗留在待加工部件的表面。

该旋转机构包括沿柱状支架1的轴向设置的主轴3，该主轴3的一端与柱状支架1的顶面中心相连，另一端与电动机的输出轴相连，该电动机、主轴3等通过连接法兰4固定在一起，在柱状支架1的底面沿其直径方向设置有抛光气囊2，该抛光气囊2能够绕直径方向转动，实现其自转，该主轴3的延长线穿过抛光气囊2的球心，该电动机用于带动柱状支架1连同抛光气囊2沿柱状支架1的轴向方向做旋转运动，实现抛光气囊2的公转，该公转速度是由电动机的速度控制。

在柱状支架1的底面沿其直径方向设置有中轴5，该中轴5沿抛光气囊2的轴向中心线贯穿，其与柱状支架1的侧壁相接触的部分设置有轴承6，确保中轴5可以转动，该中轴5的一端穿过轴承6与阻力轮7连接，两者固定连接，该阻力轮7的表面与摩擦环8的摩擦面相接触，该摩擦环8套装在柱状支架1外侧，与其同轴设置，这样，该电动机带动柱状支架1连同抛光气囊2沿柱状支架1的轴向方向做旋转运动，同时，带动阻力轮7与摩擦环8摩擦接触，借助两者之间的滚动摩擦力，使阻力轮7转动，而阻力轮7与中轴5固定连接，进而带动中轴5转动，实现抛光气囊2绕其轴向中心线的自转，其自转速度是由摩擦环8的直径与阻力轮7的直径之比来控制。

该摩擦环8设置在筒状支架9的开口端边缘，该筒状支架9套装在柱状支架1外侧，其封闭端上设置有连接板10，该连接板10可以设置成L型，其一边与封闭端连接，另一边与运动机构相连。当然，筒状支架9和摩擦环8也可以采用一体式结构，即在筒状支架9的开口端边缘浇筑一圈粗糙度比较高的材料，形成摩擦环8。

该运动机构可以设置为龙门机床，其可以实现XYZ轴方向的运动控制，这样，通过连接板10将整个抛光装置设置在车刀位置，就可以控制抛光气囊2在XYZ轴方向的运动，从而实现加工设定路线的控制。同时，通过龙门机床控制抛光气囊2在Z轴方向的运动，可以实现其与待加工部件的接触面积、下压力的控制，可实现自由曲面抛光。

该抛光气囊2包括柔性气囊球，体积可调，在其表面粘附一层抛光模，可以是聚氨酯、抛光革、沥青等材料制成。

本发明还提供了一种基于上文所述的轮式抛光装置的加工方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将待加工部件设置在龙门机床上，抛光气囊的下方，根据实际情况，设置电动机的转速；

步骤二、通过电动机带动抛光气囊转动，通过龙门机床使其轻触待加工部件的四周，调整待加工部件至水平；

步骤三、通过龙门机床调整抛光气囊的位置以及对待加工部件的下压力，使其接触待加工部件的中心，按照加工设定路线，对待加工部件进行抛光作业；

步骤四、重复步骤三，直至待加工部件的抛光面达到加工要求。

为了验证本发明的抛光装置的抛光效果，我们设计摩擦环8的直径与阻力轮7的直径之比为8:1，对100×100mm圆形玻璃元件进行抛光加工，将其置于二维水平调整架上并装夹好，轮式抛光装置在工件上方，用伺服电动机带动抛光气囊旋转，设置好转速ω1＝8Pi/s，ω2＝1Pi/s，其中，ω1为自转转速度，ω2为公转速度，公转速度是由电机速度控制，自转速度是由摩擦环直径与阻力轮直径之比来控制，控制龙门机床使其带动抛光气囊从工件的中心向外按照阿基米德螺旋线的加工设定路线进行抛光加工，如图3所示，抛光好的工件取下并测量，如有局部误差可以进行二次局部修抛，取局部面型进行检测，得到各向同性的纹理，如图4所示。

从模拟轨迹中同时得出以下结论：

1)ω1值越大，抛光轨迹的复杂性越高。

2)ω1/ω2比值差越大，抛光轨迹越均匀，但同时带来一个缺点，中心点去除率很大。

3)选择合适的转速ω1和合适的转速比ω1/ω2，加工轨迹才能既复杂均匀又不产生中心点去除过大的问题。

利用本发明的轮式抛光装置，无需特殊辅料，可使用现有的抛光材料进行抛光；抛光去除量大、实现精度高；抛光气囊与待加工部件的接触面积可调，可实现自由曲面抛光；所有可抛光的元件均可进行精密加工；抛光气囊的大小、压力、转速均可以根据实际需要进行调节。抛光过程中发生过载时，阻力轮与摩擦环的接触处会产生打滑，起安全保护作用；传动时噪声小，并可在运转中变速、变向，特别在抛光装置中，传动速度和加速度的变化通过摩擦环均匀的反应到抛光气囊上，为抛光轨迹的均匀性打下坚实的基础，待加工部件的中心点“过去除现象”大大减少。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种轮式抛光装置，其特征在于：包括设置在运动机构上的柱状支架，所述柱状支架上设置有旋转机构和抛光气囊，所述旋转机构用于带动抛光气囊同时做公转和自转运动，借助运动机构带动柱状支架连同抛光气囊按照加工设定路线移动，同时利用旋转机构带动抛光气囊做公转和自转运动，实现对待加工部件的抛光加工。

2.根据权利要求1所述的轮式抛光装置，其特征在于：所述旋转机构包括沿所述柱状支架的轴向设置的主轴，所述主轴的一端与柱状支架的顶面中心相连，另一端与电动机的输出轴相连，在所述柱状支架的底面沿其直径方向设置有抛光气囊，所述抛光气囊能够绕直径方向转动，实现其自转，所述电动机用于带动柱状支架连同抛光气囊沿柱状支架轴向方向做旋转运动，实现抛光气囊的公转。

3.根据权利要求2所述的轮式抛光装置，其特征在于：在所述柱状支架的底面沿其直径方向设置有中轴，所述中轴沿抛光气囊的轴向中心线贯穿，其与柱状支架相接触的部分设置有轴承，所述中轴的一端穿过轴承与阻力轮连接，所述阻力轮的表面与摩擦环的摩擦面相接触，所述摩擦环套装在柱状支架外侧，与其同轴设置，所述电动机带动柱状支架连同抛光气囊沿柱状支架轴向方向做旋转运动，同时，带动阻力轮与摩擦环摩擦接触，使阻力轮转动，进而带动中轴转动，实现抛光气囊绕其轴向中心线的自转。

4.根据权利要求3所述的轮式抛光装置，其特征在于：所述摩擦环设置在筒状支架的开口端边缘，所述筒状支架套装在柱状支架外侧，其封闭端上设置有连接板，所述连接板与运动机构相连。

5.根据权利要求2所述的轮式抛光装置，其特征在于：所述主轴的延长线穿过抛光气囊的球心。

6.根据权利要求1所述的轮式抛光装置，其特征在于：所述加工设定路线设置为阿基米德螺旋线。

7.根据权利要求1所述的轮式抛光装置，其特征在于：所述运动机构设置为龙门机床。

8.一种基于权利要求1所述的轮式抛光装置的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将待加工部件设置在龙门机床上，抛光气囊的下方，根据实际情况，设置电动机的转速；

步骤二、通过电动机带动抛光气囊转动，通过龙门机床使其轻触待加工部件的四周，调整待加工部件至水平；

步骤三、通过龙门机床调整抛光气囊的位置以及对待加工部件的下压力，使其接触待加工部件的中心，按照加工设定路线，对待加工部件进行抛光作业；

步骤四、重复步骤三，直至待加工部件的抛光面达到加工要求。

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