CN112481596B - 一种工件旋转装置和离子束物理气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种工件旋转装置，包括机架、驱动装置、公转旋转部和自转旋转部，驱动装置固定设置于机架上，自转旋转部包括传动轮、多个从动轮和多个工件夹具，多个工件夹具分别固定于多个从动轮上，多个从动轮分别与传动轮传动配合，驱动装置与公转旋转部连接，自转旋转部固定于公转旋转部上，且自转旋转部和公转旋转部之间设置有两对中心轴相互垂直且两两啮合的锥齿轮，其中输入锥齿轮设置于公转旋转部的中心，与其相对的输出锥齿轮与传动轮连接，另一对行星锥齿轮设置于公转旋转部的支架上。并将其应用至离子束物理气相沉积装置中，在提高了加工效率的同时，也能使工件表面更加均匀的进行离子束的物理沉积，进而保证工件的表面加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理气相沉积设备的技术领域，尤其是一种工件旋转装置和离子束物理气相沉积装置。
背景技术
随着工业技术的进步，硬质薄膜在切削刀具、模具、地质钻探、医疗器械、汽车制造、机械制造及航空航天等领域均有广泛的应用。传统的硬质薄膜都是由金属和非金属元素形成的二元或多元化合物，需要通过气相沉积技术沉积在基体表面。且相比于化学气相沉积技术，物理气相沉积技术尤其是离子束物理气相沉积技术具有使制备硬质薄膜膜层和基体结合力强、膜层均匀致密、在负偏压下绕镀性好、无污染和适应基体广泛等特点，因此该项技术在被广泛使用。
但是目前存在的一些物理气相沉积设备仍然具有一些缺点，如绝大多数在加工时必须固定工件、不能进行旋转。且少有的设备能够旋转，但是灵活性差，在针对涡轮叶片此类表面形状复杂、表面弧度较大的零件时，会导致镀膜不均匀，在一些角度上无法覆盖。另一方面，此类设备都只能对单个工件进行加工，效率很低。
综上，为了同时加工多个零件，并且保证对于一些非规则、非平整表面的一些零件能够均匀镀膜，需开发一种多夹持的旋转型离子束物理气相沉积加工装置。
发明内容
为解决现有技术中物理气相沉积设备在加工时需固定工件无法旋转，或灵活性差导致的镀膜不均匀、只能针对单个工件进行加工，效率很低的技术问题，本发明提出了一种工件旋转装置和离子束物理气相沉积装置。解决了上述技术问题。
根据本发明的第一方面，提出了一种工件旋转装置，包括机架、驱动装置、公转旋转部和自转旋转部，驱动装置固定设置于机架上，自转旋转部包括传动轮、多个从动轮和多个工件夹具，多个工件夹具分别固定于多个从动轮上，多个从动轮分别与传动轮传动配合，驱动装置与公转旋转部连接，自转旋转部固定于公转旋转部上，且自转旋转部和公转旋转部之间设置有两对中心轴相互垂直且两两啮合的锥齿轮，其中输入锥齿轮设置于公转旋转部的中心，与其相对的输出锥齿轮与传动轮连接，另一对行星锥齿轮设置于公转旋转部的支架上。通过自转旋转部和公转旋转部的配合实现了工件夹具两个维度的旋转运动，并且只自转旋转部的动力也由公转旋转部通过锥齿轮传导至相应的传动轮最终令从动轮上的工件夹具自转。
优选的，驱动装置包括电机和减速器，电机和减速器连接并固定于机架上。利用减速器可以降低电机的转速以获得合适的输出转速。
进一步优选的，公转旋转部包括齿轮盘，减速器通过主动锥齿轮与齿轮盘啮合。通过主动锥齿轮与齿轮盘的配合可以进一步降低转速，使自转旋转部随公转旋转部缓慢旋转。
进一步优选的，自转旋转部还包括第一连接板和带座轴承，传动轮、多个从动轮与带座轴承连接后固定于第一连接板。通过固定于第一连接板上的带座轴承将传动轮与多个从动轮固定配合于连接板上。
进一步优选的，还包括第二连接板和第三连接板，第二连接板与支架固定连接，第三连接板连接第一连接板和第二连接板。利用多个连接板将自转旋转部固定至公转旋转部的齿轮盘上，令其随公转旋转部稳定公转。
优选的，输入锥齿轮与输出锥齿轮的中心轴线共线，另一对行星锥齿轮的中心轴线共线，两中心轴线共面且垂直。两两垂直且共面的两对锥齿轮的设置可以将公转旋转部的旋转运动通过连接轴传递至自转旋转部的传动轮上，作为自转旋转部的动力来源。
根据本发明的第二方面，提出了一种离子束物理气相沉积装置，包括如上述的工件旋转装置，还包括真空仓，真空仓设置于机架上，且自转旋转部和公转旋转部设置于真空仓的内部。利用该装置可以同时装夹多个工件，能够使工件表面更加均匀的进行离子束的物理沉积。
优选的，驱动装置穿过真空仓与公转旋转装置连接，且连接处设置有密封结构。凭借该设置可以为真空仓内的旋转机构提供旋转动力源。
优选的，真空仓的仓壁上设置有加热管、热电偶和弧源靶，热电偶和弧源靶设置于仓壁的上下端并分别朝向工件。凭借该设置可以完成对工件的离子束物理沉积操作。
优选的，真空仓的顶部还设置有进气口和出气口。凭借进出气口的设置可以便于对真空仓内的工作环境条件进行控制。
本发明提出的工件旋转装置并进一步将其用于离子束物理气相沉积装置上，可以同时装夹多个工件，实现在工件进行离子束物理气相沉积时的同步加工。在实现多个工件自我旋转的同时，能够保证整体的公转。若针对齿轮盘进行更深一步设计，可以同时装夹四个甚至更多的工件。此种机构在提高了加工效率的同时，也能使工件表面更加均匀的进行离子束的物理沉积，进而保证工件的表面加工质量，对该领域的加工方法具有重大意义。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据发明的一个实施例的离子束物理气相沉积装置的结构示意图；
图2是根据发明的一个具体的实施例的公转旋转部的结构示意图；
图3是根据发明的一个具体的实施例的自转旋转部的结构示意图；
图4是根据发明的一个具体的实施例的工件旋转装置初始位置示意图；
图5是根据发明的一个具体的实施例的工件旋转装置旋转120°时的位置示意图；
图6是根据发明的一个具体的实施例的工件旋转装置旋转240°时的位置示意图。
图中各编号的含义：1-机架；2-电机；3-第一传动轴；4-公转旋转部；5-减速器；6-第二传动轴；7-自转旋转部；8-加热管；9-抽气口；10-真空仓；11-弧源靶；12-涡轮叶片(工件)；13-热电偶；14-夹具；15-传动短轴；16-进气口；17-主动锥齿轮；18-齿轮盘；19-行星锥齿轮；20-第二连接板；21-第一连接板；22-第三连接板；23-输出锥齿轮；24-第一从动直齿轮；25-中心传动直齿轮；26-第二从动直齿轮；27-带座轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1示出了根据发明的一个实施例的离子束物理气相沉积装置的结构示意图。如图1所示，该离子束物理气相沉积装置包括由机架1、电机2、减速器5、公转旋转部4、自转旋转部7组成的工件旋转装置，其中电机2和减速器5被安装于机架1上，电机2提供的转矩通过联轴器传动至减速器5,减速器5再将转矩减速后传递至公转旋转部4中使之旋转，公转旋转部4的运动将通过第二传动轴6将运动传动传递至自转旋转部7，利用自转旋转部7内部的传递运动可使得其上设置的工件夹具14和工件12进行通向同转速的运动。
在具体的实施例中，还包括真空仓10，真空仓10同样固定于机架1上，真空仓10的内部设置有加热管8、热电偶13和弧源靶11，加热管8设置于真空仓10一侧的内壁，弧源靶11和热电偶13设置于真空仓10的上下端内壁上，且朝向工件12，公转旋转部4和自转旋转部7设置于真空仓10的内部中心，使其在真空仓10内部自转或旋转时不会与真空仓10的内壁及其上设置的部件干涉，减速器5的输出轴穿过真空仓10的侧壁与公转旋转部4连接，为其提供旋转动力，穿过真空仓10的连接处相应设置有密封装置，具体可以为密封圈或其他旋转密封结构，防止装置工作时灰尘或其他异物进入真空仓10内影响表面加工效果。真空仓10的上端还开设有抽气口9和进气口16，便于对真空仓10内部的加工环境进行控制。
继续参考图2，图2示出了根据发明的一个具体的实施例的公转旋转部的结构示意图，如图2所示，公转旋转部4包括一对配合的主动锥齿轮17和齿轮盘18、一对行星锥齿轮19、一对输出锥齿轮23、第一连接板21、第二连接板20、第三连接板22。齿轮盘18外圈有与主动锥齿轮17对应配合的齿圈，齿圈内的盘面设置有用于固定一对行星锥齿轮19的支架，一对行星锥齿轮19可旋转地固定于支架上，一对输出锥齿轮23包括设置于盘面中心的随齿轮盘18旋转的输入锥齿轮和与一对行星锥齿轮19相啮合的输出锥齿轮。并且一对行星锥齿轮19的中心轴共线、一对输出锥齿轮23的中心轴共线，并且两组中心轴互相垂直且共面，凭借该设置能够获得更加稳定的输出旋转，能够将将公转旋转部4的旋转通过输出锥齿轮23导出用于为自转旋转部7提供动力。
在具体的实施例中，两个第二连接板20分别固定于一对行星锥齿轮19的支架上，并通过第三连接板22与自转旋转部7的第一连接板21固定。由减速器5提供转矩使第一传动轴3旋转，第一传动轴3通过键连接到主动锥齿轮17使其旋转，从而带动与之配合齿轮盘18同步旋转，齿轮盘18带动行星锥齿轮19旋转并带着第二连接板20旋转，第二连接板20旋转将带动通过螺栓连接的第三连接板22和第一连接板21与齿轮盘18保持同向同速旋转，即带着整个自转部件进行公转，同时与行星锥齿轮19配合的输出锥齿轮23也随之旋转。
继续参考图3，图3示出了根据发明的一个具体的实施例的自转旋转部的结构示意图，如图3所示，自转旋转部件7主要包括一个三联直齿轮副、第一连接板21、传动短轴15和带座轴承27。三联直齿轮副包括第一从动齿轮24、中心传动直齿轮25和第二从动直齿轮26，带座轴承27固定于第一连接板21上，第一从动齿轮24、中心传动直齿轮25和第二从动直齿轮26分别与通过连接轴与各自的带座轴承27连接。第二传动轴6将公转旋转部4中输出锥齿轮23的运动传递给三联直齿轮副的中心传动直齿轮25，通过配合使得第一从动直齿轮24和第二从动直齿轮26做与中心传动直齿轮25等速反向的旋转运动，因此与之通过键连接的传动短轴15将带着工件夹具14旋转，从而实现多个工件夹具14与工件12的自转运动。
虽然图3中示出的自转旋转部7为三联直齿轮副的两工件加工结构，但应当认识到，自转旋转部7可以根据实际加工工件数量的需求，设置为多联直齿轮副或多联传动轮结构的多工件加工结构，以便于满足更多工件的加工需求。
图4示出了根据发明的一个具体的实施例的工件旋转装置初始位置示意图，如图4所示，在该位置下自转旋转部7处于竖直状态，便于操作者将工件12固定至工件夹具14行的T型固定槽上，工件12为涡轮叶片，其叶片表面朝上。启动工件旋转装置，在公转旋转部4旋转120°时，如图5所示，此时工件12在自转旋转部7的驱动下，也完成了一定角度的自转，在公转旋转部4旋转240°时，如图6所示，此时工件12在自转旋转部7的驱动下，再次完成了一定角度的自转，通过两旋转部的配合，使得工件12能够在随着公转旋转部4旋转时，在自转旋转部7的作用下还能够实现自转，在离子束的物理沉积的表面加工过程中，能够使工件12表面更加均匀的进行离子束的物理沉积，进而提高工件12的表面加工质量。
本发明的工件旋转装置和离子束物理气相沉积装置的公转旋转部件包括一对配合的主动锥齿轮和齿轮盘、一对行星锥齿轮、一对输出锥齿轮、第一连接板，自转旋转部件包括一个三联直齿轮副、第二连接板、第三连接板和带座轴承。真空仓、电机和减速器均安装在机架上，加热管、热电偶和弧源靶均安装固定在真空仓内壁上，减速器与公转旋转部件中的主动锥齿轮通过第一传动轴用键连接，主动锥齿轮与齿轮盘配合用于改变传动方向，一对行星锥齿轮通过连接短轴一和连接短轴二与齿轮盘连接，第一连接板与齿轮盘通过螺栓连接，第一连接板与第二连接板通过螺栓连接，第二连接板与第三连接板通过螺栓连接，带座轴承通过螺栓安装在第三连接板上并且均匀分布，夹具体、从动直齿轮副、带座轴承通过连接短轴用键进行连接，输出锥齿轮与三联齿轮副的中心直齿轮通过第二传动轴用键连接，工件通过夹具体的T型槽安装在夹具体中。本发明可以同时装夹多个工件，实现在工件进行离子束物理气相沉积时的同步加工，在实现多个工件自我旋转的同时，能够保证整体的公转，若针对齿轮盘进行更深一步设计，可以同时装夹四个甚至更多的工件。此种机构在提高了加工效率的同时，也能使工件表面更加均匀的进行离子束的物理沉积，进而保证工件的表面加工质量，对该领域的加工方法具有重大意义。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种工件旋转装置，其特征在于，包括机架、驱动装置、公转旋转部和自转旋转部，所述驱动装置固定设置于所述机架上，所述自转旋转部包括传动轮、多个从动轮和多个工件夹具，所述多个工件夹具分别固定于所述多个从动轮上，所述多个从动轮分别与所述传动轮传动配合，所述驱动装置与所述公转旋转部连接，所述自转旋转部固定于所述公转旋转部上，且所述自转旋转部和所述公转旋转部之间设置有两对中心轴相互垂直的锥齿轮，其中输入锥齿轮设置于所述公转旋转部的中心，与其相对输出锥齿轮与所述传动轮连接，另一对行星锥齿轮设置于所述公转旋转部的支架上，所述输入锥齿轮和所述输出锥齿轮分别与所述另一对行星锥齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的工件旋转装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机和减速器，所述电机和减速器连接并固定于所述机架上。
3.根据权利要求2所述的工件旋转装置，其特征在于，所述公转旋转部包括齿轮盘，所述减速器通过主动锥齿轮与所述齿轮盘啮合。
4.根据权利要求3所述的工件旋转装置，其特征在于，所述自转旋转部还包括第一连接板和带座轴承，所述传动轮、所述多个从动轮与所述带座轴承连接后固定于所述第一连接板。
5.根据权利要求4所述的工件旋转装置，其特征在于，还包括第二连接板和第三连接板，所述第二连接板与所述支架固定连接，所述第三连接板连接所述第一连接板和所述第二连接板。
6.根据权利要求1所述的工件旋转装置，其特征在于，所述输入锥齿轮与所述输出锥齿轮的中心轴线共线，所述另一对行星锥齿轮的中心轴线共线，两中心轴线共面且垂直。
7.一种离子束物理气相沉积装置，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的工件旋转装置，还包括真空仓，所述真空仓设置于所述机架上，且所述自转旋转部和所述公转旋转部设置于所述真空仓的内部。
8.根据权利要求7所述的离子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述驱动装置穿过所述真空仓与所述公转旋转装置连接，且连接处设置有密封结构。
9.根据权利要求7所述的离子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述真空仓的仓壁上设置有加热管、热电偶和弧源靶，所述热电偶和所述弧源靶设置于所述仓壁的上下端并分别朝向工件。
10.根据权利要求7所述的离子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述真空仓的顶部还设置有进气口和出气口。
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| CN112481596A (zh) | 2021-03-12 |
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