CN213054098U - 一种公自转球形轮式抛光末端执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及抛光末端执行器，为解决现有采用球形轮式抛光结构进行高精度光学抛光加工时，由于球形抛光轮需要同时进行公转和自转，多需要采用两个驱动电机实现运动的合成，或者需要将公转分解在加工中心的工作台上，导致工作环境和更换条件要求高的技术问题，提供一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其使用一个驱动电机实现抛光轮公转与自转的运动合成，包括抛光头外框、行星轮系、第一传动轴系、第二传动轴系和抛光轮轴系；驱动单元驱动，使行星轮系中的主行星轴和副行星轴同时公转与自转，主行星轴通过第一传动轴系驱动抛光轮轴系中的抛光轮公自转，副行星轴通过轴承与抛光头外框相连。

Description

一种公自转球形轮式抛光末端执行器

技术领域

本实用新型涉及抛光装置，具体涉及一种公自转球形轮式抛光末端执行器。

背景技术

高精度光学抛光加工技术随着计算机控制光学表面成形技术的发展逐步完善，目前，抛光加工采用的抛光结构有平转式、行星式以及轮式三种形式。

根据理论分析，采用计算机控制光学表面成形，若要加工表面趋于收敛，去除函数必须要趋于高斯分布，而要生成这种曲线，可以采用平转式和行星式的加工方法。但平转式和行星式结构大多采用小磨头结构设计，需要在控制系统上进行对应的精密设计，否则将会导致在光学非球面元件抛光过程中产生边缘效应，即造成光学面形塌边或翘边现象。同时，平转式和行星式结构从设计上较为笨重复杂，由于结构上的复杂性，尺寸较大，存在转动惯量大等问题，并且研抛盘的半径与工件曲率半径之间的矛盾会对抛光效率产生限制。

球形轮式末端执行器抛光技术属于确定性光学抛光加工方法，是用球形磨头抛光工具以一定的速度和压力，结合光学抛光液作用于待加工光学元件表面，使加工后的光学元件面形误差达到要求的一种游离磨料抛光方法。采用球形磨头对非球面工件进行抛光，由于其与被抛光工件的接触区域小，因此，可以得到较小的去除函数束径，同时形状趋于高斯分布。这种方法的去除函数具有较好的稳定性和修型能力，特别是对修正边缘现象以及局部面形误差具有很好的效果。

国内外现有的球形轮式抛光装置中，由于球形抛光轮需要同时进行公转与自转，大多采用两个驱动电机实现运动的合成，或者将工件安装于加工中心，将公转分解在加工中心的工作台上，工作环境及更换条件不够灵活，抛光装置对安装环境的依赖性较强。

实用新型内容

本实用新型为解决现有采用球形轮式抛光结构进行高精度光学抛光加工时，由于球形抛光轮需要同时进行公转和自转，多需要采用两个驱动电机实现运动的合成，或者需要将公转分解在加工中心的工作台上，导致工作环境和更换条件要求高的技术问题，提供一种公自转球形轮式抛光末端执行器。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特殊之处在于，包括驱动单元、抛光头外框、行星轮系、第一传动轴系和抛光轮轴系；

所述行星轮系包括行星轮系框架、行星轮系太阳轮、副行星轴和主行星轴；所述驱动单元的输出端与行星轮系太阳轮相连，驱动行星轮系太阳轮同步转动；所述行星轮系太阳轮外套设有周转轮，行星轮系太阳轮与周转轮之间设有主行星轮和副行星轮；主行星轮和副行星轮关于行星轮系太阳轮的轴线对称设置，同时与行星轮系太阳轮和周转轮啮合，周转轮固定于行星轮系框架上；所述主行星轴的一端套设安装在主行星轮内，另一端设有锥齿轮；所述副行星轴的一端套设安装在副行星轮内，另一端通过轴承与抛光头外框相连；所述驱动单元的输出端上通过轴承套设安装有行星轮架，主行星轴和副行星轴均与行星轮架相连，主行星轴和副行星轴距离驱动单元输出端的距离相等；

所述第一传动轴系包括第一传动轴，以及套设固定在第一传动轴上的第一小齿轮和第一大齿轮，第一传动轴安装在抛光头外框上，与主行星轴相垂直，第一小齿轮与锥齿轮相啮合；

所述抛光轮轴系包括转动轴，以及套设固定在转动轴上的抛光轮和第二大齿轮，转动轴安装在抛光头外框上，与第一传动轴相平行；所述抛光轮的下端伸出抛光头外框；所述第一大齿轮驱动第二大齿轮转动。

进一步地，还包括第二传动轴系，所述第二传动轴系包括第二传动轴，以及套设固定在第二传动轴两端的第三大齿轮和第四大齿轮；所述第二传动轴安装在抛光头外框上，与转动轴相平行；所述第三大齿轮与第一大齿轮相啮合，所述第四大齿轮与第二大齿轮相啮合。

进一步地，所述抛光头外框上开设有限位孔，所述限位孔呈倾斜直线型设置，限位孔的侧壁上开设有两个定位槽；

所述转动轴上还套设固定有第二小齿轮，所述第二小齿轮与第二大齿轮相邻设置；

所述第二传动轴的两端外部通过滚动轴承套设安装有滚动轴承支架，所述滚动轴承支架远离第二传动轴的一端通过限位孔伸出抛光头外框；滚动轴承支架伸出抛光头外框部分的外表面上设有螺纹，套设安装有与其相适配的固定套；

所述第二传动轴上还套设固定有第三小齿轮，所述第三小齿轮与第三大齿轮相邻设置。

进一步地，所述第一传动轴、转动轴和第二传动轴呈V型设置，其中，转动轴位于底部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型公自转球形轮式抛光末端执行器，仅使用一个驱动单元，借助行星轮系和第一传动轴系，使抛光轮轴系上的抛光轮实现公转与自转的合成运动，与现有结构相比，一个驱动单元的结构更加简单，同时相应的驱动控制更加便捷；末端既能自转又能公转的抛光轮，其去除函数束径较小且稳定性高，去除函数趋于高斯型分布，能够定点修型，抛光作业时对周边区域的影响较小，具有较好的修正局部面形误差和解决边缘效应的作用；本实用新型结构紧凑、体积小、重量轻，使用单驱动单元实现抛光轮公自转，极大程度减轻了抛光末端执行器的整体重量，且球形的抛光轮轮毂线速度较高，抛光效率更高；另外，本实用新型为整体化和模块化设计，能够安装于机器人手臂末端，结合光学元件计算机控制成型技术，对光学镜面进行抛光，实现自动化的抛光流程，相比于传统抛光加工中心，极大程度降低了制造成本，灵活性更强。

2.本实用新型中还包括第二传动轴系，将第一传动轴系上第一大齿轮的动力平稳过渡至抛光轮轴系的第二大齿轮，使传动更加稳定。

3.本实用新型相比于现有的传动比固定的球形抛光结构，通过第二传动轴的水平和上下移动，能够改变第二传动轴在限位孔中的位置，使其位于不同的定位槽内，进而改变传动时相啮合的齿轮，进而使得传动比可变，可以调节抛光轮公转与自转的转速比，满足于不同转速的实验需求，适用性更广。

4.本实用新型的第一传动轴、第二传动轴和转动轴呈V型设置，排布紧凑合理，使空间利用率得到提升，同时，也避免了整体结构的轴向长度过长，导致机械臂在运动时转矩过大影响定位精度。

附图说明

图1为本实用新型公自转球形轮式抛光末端执行器实施例的外部结构示意图；

图2为本实用新型图1中行星轮系的结构示意图；

图3为图1的左视图；

图4为图1的右视图；

图5为本实用新型公自转球形轮式抛光末端执行器实施例的轴测图。

其中，1-驱动单元、11-输出端、21-行星轮系太阳轮、22-副行星轮、23- 主行星轮、24-副行星轴、25-主行星轴、26-行星轮系框架、27-周转轮、28- 行星轮架、3-抛光头外框、41-第一传动轴、42-第一小齿轮、43-第一大齿轮、 44-锥齿轮、51-转动轴、52-抛光轮、53-第二大齿轮、54-第二小齿轮、61-第二传动轴、62-第三大齿轮、63-第四大齿轮、64-第三小齿轮、65-滚动轴承支架、66-固定套、7-限位孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本实用新型的限制。

本实用新型提供了一种公自转球形轮式抛光末端执行器，解决了现有轮式抛光结构驱动复杂和传动比固定的问题，抛光轮52既能公转又能自转，实现对光学元件的抛光，包括驱动单元1、抛光头外框3、行星轮系、第一传动轴系、第二传动轴系和抛光轮轴系。

行星轮系包括行星轮系框架26、行星轮系太阳轮21、副行星轴24和主行星轴25，驱动单元1的输出端11与行星轮系太阳轮21相连，驱动行星轮系太阳轮21同步转动。行星轮系太阳轮21外套设有周转轮27，周转轮27与行星轮系框架26相固定，行星轮系太阳轮21与周转轮27之间设有主行星轮 23和副行星轮22，主行星轮23和副行星轮22关于行星轮系太阳轮21的轴线对称设置，同时与行星轮系太阳轮21和周转轮27啮合，主行星轮23和副行星轮22实现公转和自转，周转轮27内表面的齿对主行星轮23和副行星轮 22具有导向作用。

主行星轴25的一端套设安装在主行星轮23内，具体安装位置不限，主行星轴25与主行星轮23同步转动，主行星轴25的另一端设有锥齿轮44，用于向第一传动轴系传动。

第一传动轴系包括第一传动轴41，以及套设固定在第一传动轴41上的第一小齿轮42和第一大齿轮43，第一传动轴41通过滚动轴承安装在抛光头外框3上，与主行星轴25相垂直，第一小齿轮42与锥齿轮44相啮合，由锥齿轮44带动第一小齿轮42转动，从而带动第一传动轴41和第一大齿轮43转动。

副行星轴24的一端套设安装在副行星轮22内，具体安装位置不限，副行星轴24与副行星轮22同步转动，副行星轴24另一端通过轴承与抛光头外框3相连。

另外，驱动单元1的输出端11上通过轴承套设安装有行星轮架28，主行星轴25和副行星轴24均与行星轮架28相连，主行星轴25和副行星轴24距离驱动单元1输出端11的距离相等，对主行星轴25和副行星轴24具有一定的支撑作用，且不影响其转动。

抛光轮轴系包括转动轴51，以及套设固定在转动轴51上的抛光轮52和第二大齿轮53，转动轴51安装在抛光头外框3上，与第一传动轴41相平行；抛光轮52的下端伸出抛光头外框3，下端外轮廓呈球面状。第一大齿轮43驱动第二大齿轮53转动，作为本实用新型的优选方案，具体的驱动是依靠第二传动轴系，将动力传递至抛光轮轴系。第二传动轴系包括第二传动轴61，以及套设固定在第二传动轴61两端的第三大齿轮62和第四大齿轮63，第二传动轴61、第三大齿轮62和第四大齿轮63同步转动，第二传动轴61通过滚动轴承安装在抛光头外框3上，与转动轴51相平行设置，第三大齿轮62与第一大齿轮43相啮合，第四大齿轮63与第二大齿轮53相啮合，将行星轮系的动力通过第一传动轴系和第二传动轴系传递至抛光轮轴系。

作为本实用新型的一种优选方案，通过第二小齿轮54和第三小齿轮64 的设置实现传动比调节，第二小齿轮54和第二大齿轮53的直径不同，第三小齿轮64和第三大齿轮62的直径不同。第二小齿轮54套设固定在转动轴51 上，与第二大齿轮53相邻设置，第三小齿轮64套设固定在第二传动轴61上，与第三大齿轮62相邻设置，抛光头外框3上开设有限位孔7，所述限位孔7 呈倾斜直线型设置，限位孔7的侧壁上开设有两个定位槽，两个定位槽一个位于较高位置，一个位于较低位置，具体距离根据调整啮合齿轮时需要的调整距离决定。需要进行传动比调整时，使第二小齿轮54与第四大齿轮63相啮合，同时，使第三小齿轮64与第一大齿轮43相啮合，只需水平移动第二传动轴61的同时，上下移动第二传动轴，使其从较高位置的定位槽中移动至较低位置的定位槽中。为保证第二传动轴61既能够水平和上下移动，改变啮合齿轮，又能够在转动时稳固可靠，作为一种优选方案，第二传动轴61的两端外部通过滚动轴承套设安装有滚动轴承支架65，通过滚动轴承支撑第二传动轴61并使其能够转动，滚动轴承支架65远离第二传动轴61的一端伸出抛光头外框3，滚动轴承支架65伸出抛光头外框3部分的外表面上设有螺纹，套设安装有与其相适配的固定套66，需要水平调整第二传动轴61时，只需调整固定套在滚动轴承支架65上与其螺纹的配合长度即可。

第一传动轴系、第二传动轴系和抛光轮轴系都通过滚动轴承连接于抛光头外框3内，另外，仅抛光头外框3的底部为开口设置，四周侧面均封闭，可以防止灰尘或者抛光液体飞溅进入传动机构，造成腐蚀或卡顿现象的发生。抛光头外框3的具体形状不受限制，可根据实际使用情况进行调整。

再者，为使布局更加紧凑合理，使空间利用率得到提升，第一传动轴41、第二传动轴61和转动轴51在空间上呈V字型设置，第一传动轴41和第二传动轴61位于同一水平面，转动轴51位于该水平面的一侧。转动轴51与第一传动轴41之间的距离、转动轴51与第二传动轴61之间的距离最好相等，若不相等略有偏置也可使用。

本实用新型的具体工作过程为：由驱动单元1带动行星轮系太阳轮21进行转动，再由行星轮系太阳轮21同时带动主行星轮23和副行星轮22转动，另外，周转轮27固定于行星轮系框架26上，对主行星轮23和副行星轮22 进行导向，实现主行星轮23和副行星轮22绕整机中心轴线的公自转运动。主行星轴25与主行星轮23固定，副行星轴24与副行星轮22固定，副行星轴24带动抛光头外框3进行公转，主行星轴25与锥齿轮44固定，带动锥齿轮44转动，带动与锥齿轮44啮合的第一小齿轮42转动。第一小齿轮42与第一传动轴41固定，同时带动第一大齿轮43与其进行同角速度转动。第一大齿轮43与第三大齿轮63进行啮合传动，使其获得相同线速度。第三大齿轮63与第二传动轴61固定，同时带动第四大齿轮63同角速度转动。第四大齿轮63与第二大齿轮53啮合传动，第二大齿轮53与转动轴51固定，同时带动抛光轮52转动。

当需要进行传动比调整时，旋下固定套66，移动第二传动轴61，使其从限位孔7的上部定位槽中移动至下部定位槽中，使第二小齿轮54与第四大齿轮63相啮合，同时，使第三小齿轮64与第一大齿轮43相啮合，改变传动比，再重新旋上固定套66，完成调整。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特征在于：包括驱动单元(1)、抛光头外框(3)、行星轮系、第一传动轴系和抛光轮轴系；

所述行星轮系包括行星轮系框架(26)、行星轮系太阳轮(21)、副行星轴(24)和主行星轴(25)；所述驱动单元(1)的输出端(11)与行星轮系太阳轮(21)相连，驱动行星轮系太阳轮(21)同步转动；所述行星轮系太阳轮(21)外套设有周转轮(27)，行星轮系太阳轮(21)与周转轮(27)之间设有主行星轮(23)和副行星轮(22)；主行星轮(23)和副行星轮(22)关于行星轮系太阳轮(21)的轴线对称设置，同时与行星轮系太阳轮(21)和周转轮(27)啮合，周转轮(27)固定于行星轮系框架(26)上；所述主行星轴(25)的一端套设安装在主行星轮(23)内，另一端设有锥齿轮(44)；所述副行星轴(24)的一端套设安装在副行星轮(22)内，另一端通过轴承与抛光头外框(3)相连；所述驱动单元(1)的输出端(11)上通过轴承套设安装有行星轮架(28)，主行星轴(25)和副行星轴(24)均与行星轮架(28)相连，主行星轴(25)和副行星轴(24)距离驱动单元(1)输出端(11)的距离相等；

所述第一传动轴系包括第一传动轴(41)，以及套设固定在第一传动轴(41)上的第一小齿轮(42)和第一大齿轮(43)，第一传动轴(41)安装在抛光头外框(3)上，与主行星轴(25)相垂直，第一小齿轮(42)与锥齿轮(44)相啮合；

所述抛光轮轴系包括转动轴(51)，以及套设固定在转动轴(51)上的抛光轮(52)和第二大齿轮(53)，转动轴(51)安装在抛光头外框(3)上，与第一传动轴(41)相平行；所述抛光轮(52)的下端伸出抛光头外框(3)，抛光轮(52)外轮廓呈球面状；所述第一大齿轮(43)驱动第二大齿轮(53)转动。

2.如权利要求1所述一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特征在于：还包括第二传动轴系，所述第二传动轴系包括第二传动轴(61)，以及套设固定在第二传动轴(61)两端的第三大齿轮(62)和第四大齿轮(63)；所述第二传动轴(61)安装在抛光头外框(3)上，与转动轴(51)相平行；所述第三大齿轮(62)与第一大齿轮(43)相啮合，所述第四大齿轮(63)与第二大齿轮(53)相啮合。

3.如权利要求2所述一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特征在于：

所述抛光头外框(3)上开设有限位孔(7)，所述限位孔(7)呈倾斜直线型设置，限位孔(7)的侧壁上开设有两个定位槽；

所述转动轴(51)上还套设固定有第二小齿轮(54)，所述第二小齿轮(54)与第二大齿轮(53)相邻设置；

所述第二传动轴(61)的两端外部通过滚动轴承套设安装有滚动轴承支架(65)，所述滚动轴承支架(65)远离第二传动轴(61)的一端通过限位孔(7)伸出抛光头外框(3)；滚动轴承支架(65)伸出抛光头外框(3)部分的外表面上设有螺纹，套设安装有与其相适配的固定套(66)；

所述第二传动轴(61)上还套设固定有第三小齿轮(64)，所述第三小齿轮(64)与第三大齿轮(62)相邻设置。

4.如权利要求2或3所述一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特征在于：

所述第一传动轴(41)和第二传动轴(61)位于同一水平面；

所述转动轴(51)位于第一传动轴(41)和第二传动轴(61)之间，且位于第一传动轴(41)和第二传动轴(61)所处水平面的一侧。

5.如权利要求4所述一种公自转球形轮式抛光末端执行器，其特征在于：所述转动轴(51)与第一传动轴(41)之间的距离、转动轴(51)与第二传动轴(61)之间的距离相等。

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