[发明专利]一种刚性偏心传动公自转气压施力数控抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种小工具头抛光装置，尤其是涉及一种刚性偏心传动公自转气压施力数控抛光装置，属于超精密光学表面加工领域。

背景技术

近年来，新一代的航天相机、空/地基大口径光学望远镜等大型光学系统的发展非常迅速，从而对高精度大口径光学非球面元件的加工技术提出了新的要求，特别是离轴、高陡度元件，要求数控抛光机床具有精确的三维位姿控制能力，能够提供大口径、高去除效率、高稳定性的去除函数，这些需求极大的促进了新型工具结构形式及相关工艺方法的开发。

计算机控制光学表面成形技术（Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS）产生于上世纪70年代初期，最早由美国Itek公司的W.J.Rupp为了实施高精度光学元件的计算机数控研磨抛光而提出。该技术根据光学元件的轮廓测量数据，得到相对于理论曲面的误差分布数据，设定合适的研抛路径和去除函数，再经过各种数据处理得到每个路径点上的驻留时间，生成数控加工文件，通过CCOS数控加工设备控制一个小工具头对该表面进行确定性的研磨或抛光，经过多次的迭代加工，最终达到面形精度的快速收敛。该技术将面形误差数据进行了定量的去除，充分发挥了计算机执行速度快、记忆准确、精度高等优势，使加工的重复精度及效率大幅度提高。

数控抛光的过程是去除函数与驻留时间按照路径卷积的去除过程。加工路径以及路径点上的驻留时间由数控系统完成，为了实现高的面形收敛效率，在整个的加工过程中，去除函数的形状以及峰值去除率应该保持不变，这种稳定的去除函数是通过精密的工具头以及合理的工艺参数实现的。这就要求施加在小工具头上的压力要保持稳定。获得稳定的压力成为数控小工具抛光的关键技术之一。目前的压力施加装置主要有弹簧施压、抛光盘的自重施压、侧面进气施压，其中，前两种加工过程中压力变化较大，并且不易对压力进行定量的控制，不利于获得稳定的、高重复性的去除函数。而侧面进气的压力施加结构的气体密封较为复杂，密封圈存在严重的磨损、发热现象，长时间使用后，会产生漏气的现象，使抛光盘上获得的压力的稳定性大大的降低。

按照CCOS技术一般要求去除函数为具有中心峰值的类高斯形。偏心公自转结构是一种产生类高斯形去除函数的常见结构形式，现有的小工具抛光装置，为了实现偏心公自转运动，通常采用弹性软轴连接自转电机和自转主轴。然而软轴在扭矩较大时容易折断，长时间使用后容易脱离主轴，并且存在扭矩的积累/释放问题（主轴不能立刻启动/停止），是一种非刚性的扭矩传递，降低了这类抛光装置在大口径光学元件加工中的应用。

发明内容

本发明针对现有的数控抛光装置存在的软轴传动扭矩不足、非刚性扭矩传递，以及压力不能定量控制等问题，提出了一种刚性偏心传动公自转气压施力数控抛光装置，通过采用新型的刚性偏心传动结构以及顶端进气的气压施力方式，解决了数控小工具光学表面加工中自转轴扭矩不足、易折断、扭矩积累/释放，以及由于压力不定量造成的去除函数不稳定等问题，是一种结构精巧、集成化程度高、稳定性好的精密光学表面加工装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明是属于超精密光学表面加工领域的一种刚性偏心传动公自转气压施力数控抛光装置。包括自转电机、公转电机、自转电机座、公转电机座、自转带轮、公转带轮、自转传递杆带轮、公转块带轮、自转皮带、公转皮带、自转传递杆、公转块、自转传递杆轴承、公转块轴承、自转传递杆上气动旋转接头、自转传递杆下气动接头、自转轴气动接头、万向节、自转轴、自转轴套筒、自转轴轴承、燕尾滑块、燕尾槽、偏心调节杆、偏心调节杆固定座、键槽、气缸、气缸活塞、球头、抛光盘、销子、固定架、基座、转接板。

所述的自转运动由自转电机产生，经过皮带和带轮的传动，依次带动自转传递杆、万向节、自转轴、气缸、球头转动，最终由球头带动抛光盘产生自转运动。

所述的可伸缩刚性万向节连接自转传递杆和自转轴，实现偏心自转运动的刚性传递，不存在扭矩积累/释放的问题。

所述的可伸缩万向节能够满足大偏心量（大于100mm）下的稳定的偏心公自转运动。

所述自转传递杆、自转轴采用中空的结构，且自转轴下端作为气缸使用。

所述的气体从该装置的自转传递杆上气动旋转接头进入，经过中空的自转传递杆、气管、中空的自转轴，最后进入气缸，推动活塞对抛光盘施加压力。

所述的气缸用密封圈密封，且密封圈随气缸内壁以及气缸活塞同步转动，不存在发热与磨损的现象，稳定性好，长时间使用后气体不会泄露。