CN210818966U - 基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，包括多自由度机械臂、研抛工具、研抛工具修整装置和摆臂轮廓仪，研抛工具包括研抛盘、超声波振动辅助装置和驱动装置，所述抛光盘由上至下具有刚性层、梯度弹性层、均质层，工具的中心设置用于流通抛光液的流道；所述的研抛工具修整装置包括转盘驱动电机、金刚石磨盘；所述摆臂轮廓仪包括横臂、轮廓仪、横臂支架。该系统结构简单，自动化程度高，可以根据工件所处的加工阶段自动更换混有不同参数组合的研抛工具，可针对不同工件的不同加工要求选择适应工件的研抛工具，实现工件各加工阶段的快速衔接，在提高工件表面加工效果的同时，充分提高了工件的加工效率以及加工设备的利用率。

Description

基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置

技术领域

本实用新型涉及自由曲面光学元件的研磨和抛光加工领域，更具体的说，尤其涉及一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置。

背景技术

随着高科技产业的迅猛发展，蓝宝石、硅片、光学玻璃等硬脆性材料因其高硬度、高熔点、高耐磨性等特点，在光学及电子产业中得到了广泛应用。此类材料的面形精度和表面质量对器件的质量、寿命等具有关键性的影响作用。

目前，针对此类硬脆性材料的加工方法主要有应力盘、磁变流、离子束、射流等，在取得相关技术突破的同时，存在材料去除不均，加工效率和质量可控性不佳等问题，无法保证在工件面形精度不劣化的基础上进一步的抑制中高频误差。同时，由于接触区内各点材料去除不均的本质问题，增加了工件面形精度和表面质量一致性的控制难度，即加大了加工轨迹和驻留时间算法的优化难度，使得加工费时费力，成本也较高。

为解决上述技术问题，必然要设计一种应用于硬脆性材料的高精度、高效的研抛系统。现有研抛系统的材料去除特性与表面质量随粒度的不同而变化，在实际生产中，往往在初期选择粒度较大的研抛工具来快速收敛面形误差，后续采用小粒度工具修整工件表面，工具的不断更换降低了研抛的效率，也增加了表面质量控制的难度。因此，需要寻找一种设备利用率和自动化程度高，且加工质量优异的研抛系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有加工技术存在的材料去除特性与表面质量不稳定，以及加工效率和自动化程度相对较低的不足，提出了一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，具有加工效率和自动化程度高，且加工效果好等优点。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，包括多自由度机械臂、安装在多自由度机械臂末端的研抛工具、研抛工具修整装置、工件安装组件和摆臂轮廓仪，工件安装在工件安装组件的工件配模上；

所述研抛工具包括梯度弹性研抛盘、超声波辅助装置、整体安装板和驱动装置，所述驱动装置和超声波辅助装置安装在整体安装板上，整体安装板固定在多自由度机械臂的末端，梯度弹性研抛盘设置在超声波辅助装置的下端，超声波辅助装置与梯度弹性研抛盘的旋转轴固定连接，驱动装置驱动梯度弹性研抛盘的旋转轴运动进而带动超声波辅助装置和梯度弹性研抛盘同步转动；

所述梯度弹性研抛盘包括刚性底座、梯度弹性层、固定环和均质层，所述刚性底座作为整个梯度弹性研抛盘的基底，刚性底座的上端连接旋转轴，刚性底座的底部设置有圆形槽，刚性底座的侧面安装有搭扣；梯度弹性层设置在圆形槽内，梯度弹性层上的弹性模量沿径向分布；均质层为混有磨粒的加工层，均质层为阶梯型圆柱凸台均质层的上端外径与圆形槽间隙配合且设置在圆形槽内，均质层的下端露出在圆形槽外，固定环套装在均质层上，固定环的外径与梯度弹性层的下端的外径相同，固定环外侧设置有锁舌座，刚性底座侧面的搭扣底部连接在固定环外侧的锁舌座上；所述梯度弹性层设置有多个且弹性模量为具有多种厚度和弹性模量的组合，所述均质层设置有多个，每个均质层具有不同磨粒、粒径、混合比例、厚度以及不同弹性模量基底的组合，根据加工工件的要求选择合适的梯度弹性层和均质层安装在刚性底座形成不同需求的梯度弹性研抛装置；

所述的研抛工具修整装置包括转盘驱动电机、金刚石磨盘、转盘、联轴器、回转支撑组件以及修整装置机架，所述金刚石磨盘以粘结的形式固定在转盘的上表面上；所述转盘驱动电机竖直安装在修整装置机架的底部，转盘驱动电机的电机头通过联轴器连接主轴，主轴的上端通过键连接转盘，转盘驱动电机运动时通过联轴器带动主轴运动，进而带动整个转盘和金刚石磨盘组成的整体进行转动；所述转盘的外环底面设置有回转支撑组件，回转支撑组件固定在机架上并对转盘的外环底部进行支撑；

所述的摆臂轮廓仪包括摆臂底座、活动横臂、轮廓仪、横臂驱动装置、轮廓仪驱动装置和横臂支架，所述横臂支架固定于摆臂底座上，活动横臂的一端安装在横臂支架，横臂驱动装置的固定端连接在活动横臂上，横臂驱动装置的活动端固定在横臂支架上，横臂驱动装置运动时驱动活动横臂绕摆臂横梁与横梁驱动装置的连接点做圆周运动；轮廓仪安装在活动横臂的末端，轮廓仪驱动装置的固定端连接在活动横臂上，轮廓仪驱动装置的活动端连接在轮廓仪上，轮廓仪驱动装置运动时驱动轮廓仪绕着轮廓仪驱动装置与活动横臂的连接点做圆周运动。

进一步的，所述回转支撑组件包括滚柱和滚柱保持架，滚柱保持架的底部固定在修整装置机架上，滚柱设置在滚柱保持架的顶部端面上且滚柱上端与转盘贴合，滚柱对转盘形成滚动支撑。回转支撑组件可以减小转盘的晃动，提高回转稳定性。

所述的研抛工具修整装置用于修正研抛盘工具接触面，维持研抛盘的工作性能，避免因研抛盘表面情况恶化而损伤工件表面。

进一步的，所述搭扣安装在刚性底座的外侧面且设置有沿周向均匀分布的多个，搭扣包括安装底座和弹簧，安装底座固定在刚性底座上，弹簧一端固定在安装底座上，另一端连接固定环上的锁舌座。

进一步的，所述刚性层为研抛工具提供支撑，采用快换设计，可与万用刀盘系统相配合，实现快速更换的效果；梯度层的弹性模量沿径向呈反比例分布，以匹配盘上各点沿径向速度逐渐增加的趋势；均质层混合磨粒，实现工件表面的微量去除。根据Preston方程，MRR=KPV，通过以上设计可实现研抛盘去除函数中接触应力P与盘上各点线速度V的乘积定值，而材料综合去除参数K在各因素确定情况下为定值，因此MRR在上述设计下为定值。

进一步的，所述研抛工具的均质层混有亲水性磨粒二氧化钛，其亲水特性有助于磨粒同固结材料的均匀混合，提高研抛工具内磨粒分布的均匀性，保持磨粒在径向方向有效参与率的一致性。

进一步的，所述梯度弹性层的弹性模量在径向上呈反比例分布，实现接触应力非线性分布的目标，在径向相对速度分布的综合影响下基本实现加工区域内材料去除的一致性。

进一步的，通过梯度层与均质层的厚度与阻尼的匹配，能够完成材料去除综合系数K值与接触应力P的解耦，将梯度弹性设计与磨粒比例、粒径等参数规划分离，降低研抛工具的设计制造难度。

进一步的，所述多自由度机械臂可为研抛工具提供与工件的多种接触角度，结合小工具各区域的弹性分布控制整体下压量，保证接触区域内材料去除的一致性。

进一步的，所述超声波辅助装置包括超声波换能器和变幅杆，超声波换能器的下端连接变幅杆的上端，变幅杆的下端的花键同旋转轴连接，可与旋转轴同步转动，并将轴向振动通过主轴传递至研抛工具，提高磨粒参与率的同时促进废屑的排出。

进一步的，所述梯度弹性研抛盘25的各层中心设置用于流通抛光液的竖直流道。

进一步的，所述驱动装置由步进电机和同步带、同步带轮组成，步进电机通过同步带和同步带轮组成的同步带机构将动力传递至旋转轴。

进一步的，所述主轴末端采用快换接头，适用于加工阶段切换过程中，研抛工具的快速更换。

进一步的，所述研抛工具修正装置的工作周期由研抛工具的磨粒最佳工作时间预测模型决定。

进一步的，所述磨粒寿命达到预期值时，研抛工具停止加工，机械臂将研抛工具置于研抛工具修整装置，在转盘驱动电机的带动下转动金刚石磨盘与研抛工具进行对研，修正其表面因磨损而出现的凹凸不平。

所述研抛工具的修正所需时间具有可预见性，因研抛工具实现KPV乘积定值，可实现金刚石磨盘对研抛工具表面非理想形貌的均匀去除。

所述摆臂轮廓仪实时检测工件的表面形貌，当其形貌特征达到阶段预设值即进行加工阶段切换。

所述抛光工具上还设置有用于检测抛光工具与工件加工时接触应力的应力传感器。

本实用新型的技术构思为：利用一种含亲水性磨粒二氧化钛层的梯度弹性研抛工具对工件进行加工，工件固定在工件配模中，研抛工具安装在多自由度机械臂末端，多自由度机械臂为现有的三维多自由度机械臂，多自由度机械臂能够提供多种自由度组合，有助于研抛工具同工件表面的贴合，同时有利于轨迹规划以及下压量的实时控制。加工时，抛光工具同工件各点的接触应力可通过应力传感器得到，通过应力曲线同理论曲线的拟合，使应力P同各点线速度V的乘积为一定值，保证加工区域内材料去除量的一致，此外通过研抛工具的磨粒最佳工作时间预测模型可判断工作中的研抛工具是否需要进行修整处理，以保持研抛工具的材料均匀去除性能。旋转轴由驱动装置的步进电机电机通过同步带轮和同步带轮带动，并带动研抛工具转动。旋转轴的上端设置超声波换能器和变幅杆，变幅杆的末端通过花键同旋转轴相连，可将超声振动传递至旋转轴。超声振动辅助能够促进磨料同工件表面的接触，提高工件的表面加工效果以及加工效率。同时在加工的过程中，设置在研抛工具中心的流道有助于提高抛光液中磨粒的均匀性；亲水性磨料在制盘的过程易于与基体材料混合，提高磨粒分布的均匀性。为了保证加工的效果，防止工件的过度抛光，工件在研磨、粗抛和精抛时所需的压力和加工方式各不相同，且不同阶段选用最适合加工该阶段的研抛工具。在研磨和粗抛阶段，使用含有亲水性磨粒的均质层，其中磨粒粒径随加工进度逐渐减小，研抛工具的快换接头可实现研抛工具的快速更换，并通过工具中心的流道通入无磨粒的抛光液，可有效修正工件表面的中高频误差；在精抛阶段，使用无磨料的均质层以及小粒径的游离氧化铈磨料，完成全频段的误差收敛。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型装置结构简单，自动化程度高，可以根据工件所处的加工阶段自动更换混有不同参数组合的研抛工具，可针对不同工件的不同加工要求选择适应工件的研抛工具。其中研抛盘梯度层采用弹性模量梯度分布设计，可有效补偿盘上各点相对速度沿径向逐渐增大的趋势，基本实现接触区域内材料去除量的一致性，并由此简化了加工中驻留时间以及加工路径的规划问题；均质层能够有效地解决梯度层的环间应力突变问题，同时保持弹性模量的梯度分布趋势；刚性层的快换设计实现工件各加工阶段的快速衔接，在提高工件表面加工效果的同时，充分提高了工件的加工效率以及加工设备的利用率。通过梯度弹性分布补偿各点相对速度后，各点磨粒的磨损量基本一致，结合磨粒的最佳工作时间可自动对盘进行修整，并能有效预测所需对研时间，修整装置的使用提高了修盘效率，同时能够有效保证研抛盘的修整效果。

附图说明

图1是本实用新型一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置的整体示意图。

图2是本实用新型中多自由度机械臂和研抛工具与工件安装组件的位置示意图。

图3是本实用新型中研抛工具的结构示意图。

图4是本实用新型中研抛工具中超声波辅助装置和驱动装置的连接示意图。

图5是本实用新型研抛工具中的磨粒寿命预测模型建立的流程图。

图6是本实用新型中多自由度机械臂驱动研抛工具移动到研抛工具修整装置上方的结构示意图。

图7是本实用新型中梯度弹性研抛盘在研磨粗抛阶段的加工示意图。

图8是本实用新型图7的加工示意图中A位置局部放大图。

图9是本实用新型中梯度弹性研抛盘在精抛阶段的加工示意图。

图中，1-多自由度机械臂、2-研抛工具、21-整体安装板、22-驱动装置、 23超声波辅助装置、231-超声波换能器，232-变幅杆，24-同步带、 25-梯度弹性研抛盘，26-旋转轴，261-搭扣组件，2611-搭扣，2612-锁舌座，262-刚性底座，263-梯度弹性层，264-固定环，265-均质层；3-轮廓仪；4-工件安装组件，41-工件配模，42-工件；5-研抛工具修整装置，51-主轴，52-键，53-金刚石磨盘，54-转盘，55-回转支撑组件， 56-修整装置机架，57-转盘驱动电机，58-联轴器；6-活动横臂；7-横臂支架；8-摆臂底座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1~8所示，一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，包括多自由度机械臂1、安装在多自由度机械臂末端的研抛工具2、研抛工具修整装置5、工件安装组件4和摆臂轮廓仪，工件42安装在工件安装组件4的工件配模41上；

所述研抛工具2包括梯度弹性研抛盘25、超声波辅助装置23、整体安装板21和驱动装置22，所述驱动装置22和超声波辅助装置23安装在整体安装板21上，整体安装板21固定在多自由度机械臂1的末端，梯度弹性研抛盘25设置在超声波辅助装置23的下端，超声波辅助装置23与梯度弹性研抛盘25的旋转轴26固定连接，驱动装置22驱动梯度弹性研抛盘25的旋转轴26运动进而带动超声波辅助装置23和梯度弹性研抛盘25同步转动；

所述梯度弹性研抛盘25包括刚性底座262、梯度弹性层263、固定环264、搭扣组件261和均质层265，所述搭扣组件261包括搭扣2611和锁舌座2612；所述刚性底座262作为整个梯度弹性研抛盘25的基底，刚性底座262的上端连接旋转轴26，刚性底座262的底部设置有圆形槽，刚性底座262的侧面安装有搭扣2611；梯度弹性层263设置在圆形槽内，梯度弹性层263上的弹性模量沿径向分布；均质层265为混有磨粒的加工层，均质层265为阶梯型圆柱凸台均质层265的上端外径与圆形槽间隙配合且设置在圆形槽内，均质层265的下端露出在圆形槽外，固定环264套装在均质层265上，固定环264的外径与梯度弹性层263的下端的外径相同，固定环264外侧设置有锁舌座2612，刚性底座262侧面的搭扣2611底部连接在固定环264外侧的锁舌座2612上；所述梯度弹性层263设置有多个且弹性模量为具有多种厚度和弹性模量的组合，所述均质层265设置有多个，每个均质层265具有不同磨粒、粒径、混合比例、厚度以及不同弹性模量基底的组合，根据加工工件的要求选择合适的梯度弹性层263和均质层安装在刚性底座262形成不同需求的梯度弹性研抛装置；

所述的研抛工具修整装置5包括转盘驱动电机57、金刚石磨盘53、转盘54、联轴器58、回转支撑组件55以及修整装置机架56，所述金刚石磨盘53以粘结的形式固定在转盘54的上表面上；所述转盘驱动电机57竖直安装在修整装置机架56的底部，转盘驱动电机57的电机头通过联轴器58连接主轴51，主轴51的上端通过键52连接转盘54，转盘驱动电机57运动时通过联轴器58带动主轴51运动，进而带动整个转盘54和金刚石磨盘53组成的整体进行转动；所述转盘54的外环底面设置有回转支撑组件55，回转支撑组件55固定在机架上并对转盘54的外环底部进行支撑；

所述的摆臂轮廓仪包括摆臂底座8、活动横臂6、轮廓仪3、横臂驱动装置、轮廓仪驱动装置和横臂支架7，所述横臂支架7固定于摆臂底座8上，活动横臂6的一端安装在横臂支架7，横臂驱动装置的固定端连接在活动横臂6上，横臂驱动装置的活动端固定在横臂支架7上，横臂驱动装置运动时驱动活动横臂6绕摆臂横梁与横梁驱动装置的连接点做圆周运动；轮廓仪3安装在活动横臂6的末端，轮廓仪驱动装置的固定端连接在活动横臂6上，轮廓仪驱动装置的活动端连接在轮廓仪3上，轮廓仪驱动装置运动时驱动轮廓仪3绕着轮廓仪驱动装置与活动横臂6的连接点做圆周运动。

所述刚性层262为研抛工具提供支撑，采用快换设计，可与万用刀盘系统相配合，实现快速更换的效果；梯度层263的弹性模量沿径向呈反比例分布，以匹配盘上各点沿径向速度逐渐增加的趋势；均质层265混合磨粒，实现工件表面的微量去除。根据Preston方程，MRR=KPV，通过以上设计可实现研抛盘去除函数中接触应力P与盘上各点线速度V的乘积定值，而材料综合去除参数K在各因素确定情况下为定值，因此MRR在上述设计下为定值。

所述回转支撑组件55包括滚柱和滚柱保持架，滚柱保持架的底部固定在修整装置机架56上，滚柱设置在滚柱保持架的顶部端面上且滚柱上端与转盘54贴合，滚柱对转盘54形成滚动支撑。

所述搭扣2611安装在刚性底座262的外侧面且设置有沿周向均匀分布的多个，搭扣2611包括安装底座和弹簧，安装底座固定在刚性底座262上，弹簧一端固定在安装底座上，另一端连接固定环264上的锁舌座2612。

所述研抛工具26的均质层263混有亲水性磨粒二氧化钛，其亲水特性有助于磨粒同固结材料的均匀混合，提高研抛工具内磨粒分布的均匀性，保持磨粒在径向上的有效参与率的一致性。

所述梯度弹性层263的弹性模量在径向上呈反比例分布，实现接触应力非线性分布的目标，在径向相对速度分布的综合影响下基本实现加工区域内材料去除的一致性。

所述超声波辅助装置23包括超声波换能器231和变幅杆232，超声波换能器231的下端连接变幅杆232的上端，变幅杆232的下端的花键同旋转轴26连接，可与旋转轴26同步转动，并将轴向振动通过旋转轴26传递至研抛工具2。

所述梯度弹性研抛盘25的各层中心设置用于流通抛光液的竖直流道。

所述驱动装置22由步进电机和同步带24、同步带轮组成，步进电机通过同步带24和同步带轮组成的同步带机构将动力传递至旋转轴。

通过梯度层与均质层的厚度与阻尼的匹配，能够完成材料去除综合系数K值与接触应力P的解耦，将梯度弹性设计与磨粒比例、粒径等参数规划分离，降低研抛工具的设计制造难度。

所述的多自由度机械臂1可为研抛工具26提供与工件42的多种接触角度，结合小工具各区域的弹性分布控制整体下压量，保证接触区域内材料去除的一致性。

所述驱动装置22由研抛工具驱动电机221组成，并通过同步带轮222、224和同步带223将动力传递至主轴241。

所述的主轴241末端采用快换接头，适用于加工阶段切换过程中，研抛工具的快速更换。

所述研抛工具2修正装置的工作周期由研抛工具2的磨粒最佳工作时间预测模型决定。

所述磨粒寿命达到预期值时，研抛工具2停止加工，多自由度机械臂将研抛工具2置于研抛工具修整装置，在转盘驱动电机57的带动下转动金刚石磨盘53与研抛工具2进行对研，修正其表面因磨损而出现的凹凸不平。

所述的研抛工具的修正所需时间具有可预见性，因研抛工具实现KPV乘积定值，可实现金刚石磨盘对研抛工具表面非理想形貌的均匀去除。

所述的摆臂轮廓仪3实时检测工件的表面形貌，当其形貌特征达到阶段预设值即进行加工阶段切换。

本实用新型的技术构思为：利用一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置对工件42进行加工，工件42固定在工件配模41中，研抛工具2安装在多自由度机械臂1末端，多自由度机械臂1能够提供多种自由度组合，有助于研抛工具2同工件42表面的贴合，同时有利于轨迹规划以及下压量的实时控制。加工时，抛光工具2同工件各点的接触应力可通过应力传感器得到，通过应力曲线同理论曲线的拟合，使应力P同各点线速度V的乘积为一定值，保证加工区域内材料去除量的一致，此外通过研抛工具的磨粒最佳工作时间预测模型可判断工作中的研抛工具26是否需要进行修整处理，以保持研抛工具2的材料均匀去除性能。旋转轴26由研抛工具的驱动装置22通过同步带机构带动，并带动研抛工具2转动。旋转轴26的上端设置超声波换能器231和变幅杆232，变幅杆232的末端通过花键同旋转轴26相连，可将超声振动传递至旋转轴26。超声振动辅助能够促进磨料同工件表面的接触，提高工件的表面加工效果以及加工效率。同时在加工的过程中，设置在研抛工具2中心的流道有助于提高抛光液中磨粒的均匀性；亲水性磨料在制盘的过程易于与基体材料混合，提高磨粒分布的均匀性。为了保证加工的效果，防止工件的过度抛光，工件在研磨、粗抛和精抛时所需的压力和加工方式各不相同，且不同阶段选用最适合加工该阶段的研抛工具。在研磨和粗抛阶段，使用含有亲水性磨粒的均质层，其中磨粒粒径随加工进度逐渐减小，研抛工具的快换接头可实现研抛工具的快速更换，并通过盘中心的流道通入无磨粒的抛光液，可有效修正工件表面的中高频误差；在精抛阶段，使用无磨料的均质层以及小粒径的游离氧化铈磨料，完成全频段的误差收敛。

本实用新型取一个具体实施例如下：

一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其复合梯度弹性小工具由刚性层，梯度层以及均质层组成。梯度层由有机硅橡胶、软化剂、催化剂以及其他性能添加剂均匀混合后自然固化成型，其制备方法为：称取有机硅橡胶470g，称取软化剂48g，称取性能添加剂12g，混合上述原料后加入催化剂，再次均匀混合，以1-3-5环、2-4环顺序依次倒入模具中，模具凹槽深5毫米，自然放置排气，固化6小时后得到梯度层；均质层由碳化硅、有机硅橡胶、软化剂、催化剂以及其他性能添加剂均匀混合而成，称取有机硅橡胶260g，称取粒径为1000目碳化硅240g，称取软化剂26g，混合上述原料后加入催化剂，再次均匀混合，倒入模具中，模具槽深5毫米，自然放置排气，固化6小时后得到均质层。

将上述制备好的梯度层、均质层依次安装在刚性层上，在抛光机上进行K9玻璃精研试验，试验前，使用400目水砂对工件进行粗研，粗研后表面粗糙度Ra为1.078μm，试验中，研磨压力为0.1MPa，转盘转速为500rpm，抛光液为不含任何磨料的去离子水，流量为900ml/min，研磨15分钟后进行检测，材料去除率为0.4μm/min，工件表面粗糙度Ra为0.738μm。

改变压力至0.075MPa，其他参数保持不变，精研15分钟后进行检测，材料去除率为0.3μm/min，表面粗糙度为0.685μm。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：包括多自由度机械臂（1）、安装在多自由度机械臂末端的研抛工具（2）、研抛工具修整装置（5）、工件安装组件（4）和摆臂轮廓仪，工件（42）安装在工件安装组件（4）的工件配模（41）上；

所述研抛工具（2）包括梯度弹性研抛盘（25）、超声波辅助装置（23）、整体安装板（21）和驱动装置（22），所述驱动装置（22）和超声波辅助装置（23）安装在整体安装板（21）上，整体安装板（21）固定在多自由度机械臂（1）的末端，梯度弹性研抛盘（25）设置在超声波辅助装置（23）的下端，超声波辅助装置（23）与梯度弹性研抛盘（25）的旋转轴（26）固定连接，驱动装置（22）驱动梯度弹性研抛盘（25）的旋转轴（26）运动进而带动超声波辅助装置（23）和梯度弹性研抛盘（25）同步转动；

所述梯度弹性研抛盘（25）包括刚性底座（262）、梯度弹性层（263）、固定环（264）和均质层（265），所述刚性底座（262）作为整个梯度弹性研抛盘（25）的基底，刚性底座（262）的上端连接旋转轴（26），刚性底座（262）的底部设置有圆形槽，刚性底座（262）的侧面安装有搭扣（2611）；梯度弹性层（263）设置在圆形槽内，梯度弹性层（263）上的弹性模量沿径向分布；均质层（265）为混有磨粒的加工层，均质层（265）为阶梯型圆柱凸台均质层（265）的上端外径与圆形槽间隙配合且设置在圆形槽内，均质层（265）的下端露出在圆形槽外，固定环（264）套装在均质层（265）上，固定环（264）的外径与梯度弹性层（263）的下端的外径相同，固定环（264）外侧设置有锁舌座（2612），刚性底座（262）侧面的搭扣（2611）底部连接在固定环（264）外侧的锁舌座（2612）上；所述梯度弹性层（263）设置有多个且弹性模量为具有多种厚度和弹性模量的组合，所述均质层（265）设置有多个，每个均质层（265）具有不同磨粒、粒径、混合比例、厚度以及不同弹性模量基底的组合，根据加工工件的要求选择合适的梯度弹性层（263）和均质层安装在刚性底座（262）形成不同需求的梯度弹性研抛装置；

所述的研抛工具修整装置（5）包括转盘驱动电机（57）、金刚石磨盘（53）、转盘（54）、联轴器（58）、回转支撑组件（55）以及修整装置机架（56），所述金刚石磨盘（53）以粘结的形式固定在转盘（54）的上表面上；所述转盘驱动电机（57）竖直安装在修整装置机架（56）的底部，转盘驱动电机（57）的电机头通过联轴器（58）连接主轴（51），主轴（51）的上端通过键（52）连接转盘（54），转盘驱动电机（57）运动时通过联轴器（58）带动主轴（51）运动，进而带动整个转盘（54）和金刚石磨盘（53）组成的整体进行转动；所述转盘（54）的外环底面设置有回转支撑组件（55），回转支撑组件（55）固定在机架上并对转盘（54）的外环底部进行支撑；

所述的摆臂轮廓仪包括摆臂底座（8）、活动横臂（6）、轮廓仪（3）、横臂驱动装置、轮廓仪驱动装置和横臂支架（7），所述横臂支架（7）固定于摆臂底座（8）上，活动横臂（6）的一端安装在横臂支架（7），横臂驱动装置的固定端连接在活动横臂（6）上，横臂驱动装置的活动端固定在横臂支架（7）上，横臂驱动装置运动时驱动活动横臂（6）绕摆臂横梁与横梁驱动装置的连接点做圆周运动；轮廓仪（3）安装在活动横臂（6）的末端，轮廓仪驱动装置的固定端连接在活动横臂（6）上，轮廓仪驱动装置的活动端连接在轮廓仪（3）上，轮廓仪驱动装置运动时驱动轮廓仪（3）绕着轮廓仪驱动装置与活动横臂（6）的连接点做圆周运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述回转支撑组件（55）包括滚柱和滚柱保持架，滚柱保持架的底部固定在修整装置机架（56）上，滚柱设置在滚柱保持架的顶部端面上且滚柱上端与转盘（54）贴合，滚柱对转盘（54）形成滚动支撑。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述搭扣（2611）安装在刚性底座（262）的外侧面且设置有沿周向均匀分布的多个，搭扣（2611）包括安装底座和弹簧，安装底座固定在刚性底座（262）上，弹簧一端固定在安装底座上，另一端连接固定环（264）上的锁舌座（2612）。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述研抛工具（2）的均质层（265）混有亲水性磨粒二氧化钛。

5.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述梯度弹性层（263）的弹性模量在径向上呈反比例分布，实现接触应力非线性分布的目标，在径向相对速度分布的综合影响下基本实现加工区域内材料去除的一致性。

6.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述超声波辅助装置（23）包括超声波换能器（231）和变幅杆（232），超声波换能器（231）的下端连接变幅杆（232）的上端，变幅杆（232）的下端的花键同旋转轴（26）连接，可与旋转轴（26）同步转动，并将轴向振动通过旋转轴（26）传递至研抛工具（2）。

7.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述梯度弹性研抛盘（25）的各层中心设置用于流通抛光液的竖直流道。

8.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述驱动装置（22）由步进电机和同步带（24）、同步带轮组成，步进电机通过同步带（24）和同步带轮组成的同步带机构将动力传递至旋转轴。

9.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述研抛工具（2）修正装置的工作周期由研抛工具（2）的磨粒最佳工作时间预测模型决定。

10.根据权利要求1所述的一种基于复合梯度弹性小工具的分级研抛装置，其特征在于：所述磨粒寿命达到预期值时，研抛工具（2）停止加工，多自由度机械臂将研抛工具（2）置于研抛工具修整装置，在转盘驱动电机（57）的带动下转动金刚石磨盘（53）与研抛工具（2）进行对研，修正其表面因磨损而出现的凹凸不平。

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