一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，属于精密自由曲面加工领域。公转驱动单元固定在壳体单元上部，自转驱动单元固定在公转驱动单元下方，工具驱动单元固定在自转驱动单元下方，气囊抛光工具单元固定在工具驱动单元上，气压控制单元整合在公转驱动单元和工具驱动单元中。优点是气囊在工件表面做公自转双自由度运动，形成类高斯型去除函数，单电机驱动双自由度气囊抛光运动，不仅减少了结构冗余改善驱动链堆叠问题，还有助于维持稳定的公自转速度比，增加装置去除函数的稳定性。

A kind of single motor double freedom variable speed wheel type air bag polishing device

The invention relates to a single motor double degree of freedom variable speed wheel type airbag polishing device, which belongs to the field of precision free surface machining. The revolution drive unit is fixed on the upper part of the housing unit, the revolution drive unit is fixed under the revolution drive unit, the tool drive unit is fixed under the revolution drive unit, the airbag polishing tool unit is fixed on the tool drive unit, and the air pressure control unit is integrated in the revolution drive unit and the tool drive unit. The utility model has the advantages that the airbags move in two degrees of freedom of common rotation on the workpiece surface, forming a Gaussian like removal function. The single motor drives the two degrees of freedom airbags polishing movement, which not only reduces the structural redundancy and improves the stacking problem of the driving chain, but also helps to maintain a stable ratio of common rotation speed and increase the stability of the device removal function.

【技术实现步骤摘要】
一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置
本专利技术涉及一种气囊抛光装置，尤其是涉及一种单电机驱动双自由度轮式气囊抛光装置，属于精密自由曲面加工领域。
技术介绍
光学元件在民用，航空航天，天文探索以及军事信息化等众多领域中都是关键零件，其面形精度和表面质量的提高对改善设备光学性能具有重要意义。20世纪末期，随着世界各国争相修建大型天文望远镜，以及卫星导航系统，市场对大口径超精密光学元件的需求进一步增加，以计算机控制光学表面成型技术为基础的小工具抛光、应力盘加工和气囊抛光等技术在光学元件的加工中得到很好的应用。基于柔性抛光头能够快速适应自由曲面与非球面局部曲率变化的特点，伦敦大学和英国Zeeko公司联合提出了曲面气囊抛光技术。该技术以气囊为基体，利用气囊充气后具有弹性的特点，自动适应工件的曲面形状，与工件表面的接触力分布均匀，可得到类高斯状去除函数，在非球面和自由曲面光学表面加工中，可以取得很高的表面质量，且具有控制复杂度低的特点。传统的气囊抛光存在抛光模线速度较小，去除率低的问题。研究者在其基础上提出了很多变形设计和优化方案。球形气囊公自转抛光技术便是其中之一，该抛光技术中球形气囊除绕水平方向的自转轴线旋转外，同时绕垂直方向的公转轴线旋转，形成正交式公自转运动。该技术具有去除函数束径相对较小，去除函数稳定性较强，定点修形对周围区域产生影响较小等优点。中国专利申请《一种气压连续可调双自由度轮式气囊抛光装置》，公开号为CN103465131A，该装置通过两个电机以各自独立的传动链驱动气囊做双自由度运动。此装置存在三个缺陷，第一需要两台电机造成了结构冗余，第二该装置两条运动链在中间部分堆叠在一起不易拆卸和替换，第三公自转运动之间的配合要求两台电机必须保持配合增加了控制难度，难以维持稳定的去除模型。
技术实现思路
本专利技术提供一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，以解决双电机轮式气囊抛光装置结构冗余、驱动链堆叠以及公自转速度比不稳定的问题。本专利技术采取的技术方案是：公转驱动单元固定在壳体单元上部，自转驱动单元固定在公转驱动单元下方，工具驱动单元固定在自转驱动单元下方，气囊抛光工具单元固定在工具驱动单元上，气压控制单元整合在公转驱动单元和工具驱动单元中；转接板与壳体单元上部外侧固定连接；所述壳体单元分为上壳体、下壳体和轨道壳体，上壳体、下壳体和轨道壳体之间通过螺栓相连；所述公转驱动单元包括电机、第一公转驱动齿轮、公转轴端盖、公转套筒、第二公转驱动齿轮、公转轴、公转轴承、自转轴支架、工具轴支架，其中公转轴通过公转轴端盖、公转套筒和公转轴承固定在壳体单元内的上部，电机通过第一公转驱动齿轮和第二公转驱动齿轮驱动公转轴公转，自转轴支架通过螺栓固定在公转轴下方，工具轴支架和自转轴支架下方固定连接，随公转轴公转；所述的自转驱动单元包括小齿圈、中齿圈、大齿圈、自转齿轮、自转轴、第一自转轴承、自转轴端盖、自转轴套、自转轴键、第二自转轴承、球关节、伸缩气缸，其中大齿圈、中齿圈和小齿圈固定在下壳体上，自转轴套通过自转轴端盖、第一自转轴承和第二自转轴承固定在自转轴支架上，自转轴插在自转轴套中通过自转轴键与自转轴套连接，自转齿轮固定在自转轴一侧，伸缩气缸固定在另一侧，球关节连接在伸缩气缸后部，伸缩气缸可推动自转轴进而推动自转齿轮与不同的大齿圈、中齿圈和小齿圈啮合。所述自转齿轮分别于大齿圈、中齿圈、小齿圈啮合时，其公自转比率分别为1:20,1:10和1:5，当公自转比率为1:20和1:10，去除函数为类高斯型；当公自转比率为1:5时，去除函数为类圆台形；所述的大齿圈、中齿圈、小齿圈以同心圆的形式固定在下壳体底部，半径不同，齿数不同，模数一致；所述工具驱动单元包括第一皮带轮组件、工具轴端盖、工具轴、第一工具轴承、第二皮带轮组件、第二工具轴承，其中工具轴通过工具轴端盖、第一工具轴承和第二工具轴承固定在工具轴支架内，通过第一皮带轮组件和第二皮带轮组件与自转轴套相连。所述的气囊抛光工具单元包括第一插销、第一弹簧、第一夹板、第二弹簧、气囊膜、气囊底座、第二插销、第二夹板，其中气囊底座通过第一插销、第二插销、第一弹簧和第二弹簧组成的卡簧固定在工具轴上，气囊膜通过第一夹板和第二夹板夹紧在气囊底座上，充入气体后形成轮式气囊表面。所述的气压控制单元包括进气管、第一导气旋转接头、固定导气接头、导气管、第二导气旋转接头，其中第一导气旋转接头固定在中空公转轴上方，固定导气接头固定在中空公转轴下方，通过导气管与第二导气旋转接头相连，第二导气旋转接头固定在工具轴中空端。本专利技术在保持轮式气囊抛光装置加工模式的基础上，优化其驱动结构，且公自转速度比可调的轮式气囊抛光装置。该工具通过单电机驱动双自由度运动，具有清晰的串联驱动链，可以保持稳定的公自转速度比，形成固定的类高斯型去除函数，实现对光学元件的精密定点修形。解决了双电机轮式气囊抛光装置存在的部件冗余、驱动链堆叠和公自转速度协同问题，降低拆卸维修难度，降低控制难度，提升去除函数稳定性。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术通过单电机驱动轮式气囊双自由度运动，减少了一个电机，公转驱动单元和自转驱动单元相互独立，构成了一条清晰的串联驱动链，减少了结构冗余，方便装卸和维修。2、本专利技术采用单电机驱动轮式气囊双自由度运动，通过公转带动自转的机械传动方法，实现了原本需要双电机配合完成的运动，降低了装置控制难度，且能维持更稳定的去除函数。3、本专利技术通过伸缩气缸推动自转齿轮与不同的齿圈啮合，从而改变公自转速度比，可以提供两种不同的去除函数和三种去除效率，类高斯型去除函数适用于精密定点修形，对周围区域产生影响较小，圆台形去除函数对于改变加工纹路，平滑划痕的效果更好。4、本专利技术采用可拆卸气囊，夹板与气囊底座夹紧气囊膜在充入气体后形成轮式气囊，相较于传统的球形气囊和环形气囊，成本更低，装卸更加方便，夹紧效果更好，不易在加工过程中打滑。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1的右视图；图3是图1的俯视图；图4是图1的爆炸图；图5是本专利技术公转驱动单元、自转驱动单元、工具驱动单元、气囊抛光工具单元和气压控制单元的剖视图；图6是本专利技术气囊抛光工具单元及与其配合的工具轴的装配图；图7是本专利技术三种不同公自转速度比的去除函数二维形状图；图8是本专利技术三种不同公自转速度比的去除效率二维模型图；图9是本专利技术的加工状态示意图。具体实施方式如图1、2、3所示，公转驱动单元2固定在壳体单元1上部，自转驱动单元3固定在公转驱动单元2下方，工具驱动单元4固定在自转驱动单元3下方，气囊抛光工具单元5固定在工具驱动单元4上，气压控制单元6整合在公转驱动单元2和工具驱动单元4中；转接板7与壳体单元1上部外侧固定连接；如图4所示：所述壳体单元1分为上壳体101、下壳体102和轨道壳体103，各壳体之间通过螺栓相连；所述公转驱动单元2包括电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：公转驱动单元固定在壳体单元上部，自转驱动单元固定在公转驱动单元下方，工具驱动单元固定在自转驱动单元下方，气囊抛光工具单元固定在工具驱动单元上，气压控制单元整合在公转驱动单元和工具驱动单元中。/n

【技术特征摘要】
1.一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：公转驱动单元固定在壳体单元上部，自转驱动单元固定在公转驱动单元下方，工具驱动单元固定在自转驱动单元下方，气囊抛光工具单元固定在工具驱动单元上，气压控制单元整合在公转驱动单元和工具驱动单元中。


2.根据权利要求1所述的一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：转接板与壳体单元上部外侧固定连接。


3.根据权利要求1所述的一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：所述壳体单元分为上壳体、下壳体和轨道壳体，上壳体、下壳体和轨道壳体之间通过螺栓相连。


4.根据权利要求1所述的一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：所述公转驱动单元包括电机、第一公转驱动齿轮、公转轴端盖、公转套筒、第二公转驱动齿轮、公转轴、公转轴承、自转轴支架、工具轴支架，其中公转轴通过公转轴端盖、公转套筒和公转轴承固定在壳体单元内的上部，电机通过第一公转驱动齿轮和第二公转驱动齿轮驱动公转轴公转，自转轴支架通过螺栓固定在公转轴下方，工具轴支架和自转轴支架下方固定连接，随公转轴公转。


5.根据权利要求1所述的一种单电机双自由度变速轮式气囊抛光装置，其特征在于：所述的自转驱动单元包括小齿圈、中齿圈、大齿圈、自转齿轮、自转轴、第一自转轴承、自转轴端盖、自转轴套、自转轴键、第二自转轴承、球关节、伸缩气缸，其中大齿圈、中齿圈和小齿圈固定在下壳体上，自转轴套通过自转轴端盖、第一自转轴承和第二自转轴承固定在自转轴支架上，自转轴插在自转轴套中通过自转轴键与自转轴套连接，自转齿轮固定在自转轴一侧，伸缩气缸固定在另一侧，球关节连接在伸缩气缸后部，伸缩气缸可推动自转轴进而推动自转齿轮与不同的大齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，卢中阳，赵继，曲兴田，谢国宏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22