CN107414631B - 大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置 - Google Patents

大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置,其主要结构由偏心式行星传动机构和抛光轴组件两部分组成。偏心式行星传动机构由同一台电机同时实现抛光装置末端执行公转和自传运动,其中包含行星传动机构和质心平衡机构,可实现机构运转时的动平衡稳定。抛光轴组件由低摩擦汽缸、旋转式滚珠花键和抛光空心轴组成,抛光空心轴可在抛光时向抛光盘注入抛光液,从而实现动压、静压抛光,纯滚动连接方式的抛光轴在压力控制上受到摩擦力的影响很低,从而具有很高的控制精度。

Description

大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置
技术领域
本发明属于精密机械和光学加工制造领域,是一种致力于优化机器人抛光的末端装置,该装置适用于大口径非球面元件的精密抛光。
背景技术
天文学和空间探测技术对科学技术发展具有极其重要的作用,先进的光学仪器一直是支撑其发展的关键部位。随着科技发展,对元器件的要求越来越高,具有高精度的大口径非球面光学元件越来越成为必不可少的元件。计算机控制表面成型技术,相比传统的光学加工技术,既具有加工高精度的元件的能力,又能大大提高加工效率,因此成为了非球面光学元件制造加工的主要方式。目前形式的抛光工具,多采用小磨头抛光技术,其优点是抛光精度高,但缺点是结构复杂,效率不高。抛光装置通常需要实现三项功能:行星运动、偏心调节和调心加压装置。传统的抛光装置,生产工艺落后,效率低下,人力物力资源浪费严重。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点,提供一种提高了抛光的速度、压力等各项性能指标、提高了抛光效率、密闭程度以及使用寿命,同时减小了抛光装置的尺寸和能耗的大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置。
本发明是通过以下技术方案实现:
大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置,包括低摩擦气缸,所述低摩擦气缸的活塞杆从上至下依次连接过渡接头、旋转接头和花键轴,所述的花键轴在低摩擦气缸的活塞杆的带动下具有竖直方向自由度,所述的低摩擦气缸的活塞杆、过渡接头、旋转接头和花键轴均设有相互贯通的中空结构,所有所述中空结构形成抛光液注入通道,在所述的花键轴的下端安装有抛光工具,一个伺服电机与所述的低摩擦气缸平行间隔设置,所述的伺服电机的输出轴以及气缸的活塞杆均沿竖直方向设置,所述的伺服电机的输出轴与减速器相连,所述的减速器固定在壳体上,所述的减速器的输出轴与配重块相连,所述的配重块用于将整体装置的质心平衡至电机的输出轴的轴线上,在所述的配重块的底壁上固定有回转轴线与电机的输出轴偏置设置的主动大带轮,在所述的主动大带轮的底壁上凸出设置有主动带轮轴,所述的主动大带轮设置在一个中间具有空腔的传动机构固定壳体内的左侧并且所述的主动带轮轴通过轴承转动连接在传动机构固定壳体底板上开设的凹槽内,一个十字交叉导轨的上滑块固定在所述的传动机构固定壳体底板的外壁上,所述的十字交叉导轨的上滑块的水平轴线与主动大带轮的回转轴线共面,所述的配重块、传动机构固定壳体以及十字交叉导轨设置在壳体内,所述的低摩擦气缸固定在传动机构固定壳体右侧的顶板上,在所述花键轴上固接有从动小带轮,所述的主动大带轮通过皮带与从动小带轮相连使得花键轴具有旋转自由度。
本发明的有益效果是:使用同一个电机控制抛光所需的自转运动和平转动,大大减少了抛光成本;抛光装置的质量最大的部分均在电机轴上,因此所需要的配重大大降低,从而再次减少抛光装置的尺寸和重量;采用直接偏心和十字交叉导轨的连接方式,一方面降低了整体结构的复杂性,另一方面可以实现对抛光盘的精确控制,从而提高了加工效率;通过结构特征,使整体全封闭,消除抛光残渣对抛光装置的影响;将传统的抛光轴改为中空式,可以同时实现动压、静压抛光;末端抛光部分采用无摩擦汽缸,可以有效的对抛光盘进行控制。
附图说明
图1为本发明的大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置的结构示意图;
图2为在图1所示的抛光装置的基础上对汽缸侧的剖视结构示意图;
图3为图1所示的结构的左视剖视图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参见附图,本发明的大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置,包括伺服电机1和与所述的伺服电机1平行间隔设置的低摩擦气缸9,所述的伺服电机1的输出轴以及气缸的活塞杆均沿竖直方向设置,所述的低摩擦气缸固定在传动机构固定壳体5右侧的顶板上,所述的低摩擦气缸的活塞杆通过一个过渡接头和一个旋转接头与花键轴连接,所述的花键轴8作为抛光轴使用。所述的花键轴和花键母滑动连接,所述花键母固定在传动机构固定壳体5上,所述过渡接头固接在所述低摩擦气缸的活塞杆下端,所述旋转接头转动连接在所述过渡接头的下端,所述花键轴上固接有从动小带轮7-3,在花键轴8的下端安装抛光工具(图中a处所示)。控制低摩擦气缸9的输出压力能够实现对抛光盘压力的精确控制。从上至下依次连接的所述低摩擦气缸的活塞杆、过渡接头、旋转接头和花键轴均设有相互贯通的中空结构,所有所述中空结构形成抛光液注入通道,因此抛光液可通过该抛光液注入通道注入抛光盘,以实现动压抛光。所述的花键轴在低摩擦气缸的活塞杆的带动下具有竖直方向自由度,在上述结构中,低摩擦气缸及其活塞杆均不参与自转运动,可利用中空结构实现动压抛光工艺。
所述的气缸9和花键轴8的结构可以参见公开号为CN204195436U,发明名称为“大口径非球面机器人行星抛光装置”中公开的结构。
所述的伺服电机1的输出轴与减速器2相连,所述的减速器固定在壳体3上,所述的减速器2的输出轴与配重块4相连,所述的配重块4用于将整体装置的质心平衡至电机1的输出轴的轴线上,在所述的配重块4的底壁上固定有回转轴线与电机1的输出轴偏置设置的主动大带轮7-1,在所述的主动大带轮7-1的底壁上凸出设置有主动带轮轴,所述的主动大带轮7-1设置在一个中间具有空腔的传动机构固定壳体5内的左侧并且所述的主动带轮轴通过轴承转动连接在传动机构固定壳体5底板上开设的凹槽内,一个十字交叉导轨6的上滑块固定在所述的传动机构固定壳体5底板的外壁上,所述的十字交叉导轨6的上滑块的水平轴线与主动大带轮7-1的回转轴线共面。所述的配重块4、传动机构固定壳体5以及十字交叉导轨6设置在壳体3内。所述的主动大带轮7-1通过皮带7-2与从动小带轮7-3相连使得花键轴具有旋转自由度。
为了调节主动大带轮7-1输出到从动小带轮7-3的转速,可以在主动大带轮 7-1和从动小带轮7-3之间的传动机构固定壳体5内设置一组中间带轮组7-4,行成二级带轮传动。所述的中间带轮组7-4包括同轴设置的小带轮和大带轮。所述的主动大带轮7-1通过皮带与中间带轮7-4的小带轮相连,所述的中间带轮组7-4 的大带轮通过皮带与从动小带轮7-3相连。
采用本装置的工作过程如下:
偏心行星传动机构:电机1经过减速器2带动配重块4以及主动大带轮7-1 旋转,由于主动大带轮7-1与配重块4之间的偏心连接,主动大带轮绕着电机轴线做公转和自传运动。一方面,主动大带轮7-1的自转运动,通过带传动传递至末端从动小带轮7-3,带动末端花键轴8转动;另一方面,主动大带轮7-1的公转运动,使与其相连接的传动机构固定壳体5绕着电机轴线做公转运动,而传动机构固定壳体5受到十字交叉导轨6的约束,将转动分解为相互垂直的直线平动,从而使固定在传动机构固定壳体5末端的抛光装置沿指定方向平动。偏心式的电机连接组件,采用伺服电机驱动减速器连接的行星装置,伺服电机通过转速的调整控制,可以实现不同形状及不同要求的去除函数。当电机旋转运动时,将带动偏心的传动机构固定壳体5做偏心旋转运动,此时配重块4同时在偏心对侧做圆周运动,从而降低了抛光装置在工作过程中,由于离心运动而产生的压力影响,减小对抛光装置的振动冲击,提高抛光装置的加工精度和控制性能。
伺服电机1的自转运动通过带轮传动机构传递至传动机构固定壳体5末端的花键轴8。气缸9的活塞杆不随花键轴8作自转运动,使作为抛光轴的花键轴8 具有旋转和竖直方向两个自由度。竖直方向上与气缸9的活塞杆相连,从而可以通过控制气缸9的输出压力实现对抛光盘压力的精确控制。采用低摩擦气缸和花键轴可以减小摩擦力对末端抛光装置压力传导的影响,同时使机构获得较好的密封,并降低气缸的磨损,提高了机构的使用寿命。抛光轴设计为中空结构,气缸的活塞杆以及花键轴均为中空结构,因此可以在抛光时,将抛光液通过花键轴8 注入抛光装置,从而实现动压抛光。

Claims (2)

1.大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置,包括低摩擦气缸,所述低摩擦气缸的活塞杆从上至下依次连接过渡接头、旋转接头和花键轴,所述的花键轴在低摩擦气缸的活塞杆的带动下具有竖直方向自由度,所述的低摩擦气缸的活塞杆、过渡接头、旋转接头和花键轴均设有相互贯通的中空结构,所有所述中空结构形成抛光液注入通道,在所述的花键轴的下端安装有抛光工具,其特征在于:一个伺服电机与所述的低摩擦气缸平行间隔设置,所述的伺服电机的输出轴以及气缸的活塞杆均沿竖直方向设置,所述的伺服电机的输出轴与减速器相连,所述的减速器固定在壳体上,所述的减速器的输出轴与配重块相连,所述的配重块用于将整体装置的质心平衡至伺服电机的输出轴的轴线上,在所述的配重块的底壁上固定有回转轴线与伺服电机的输出轴偏置设置的主动大带轮,在所述的主动大带轮的底壁上凸出设置有主动带轮轴,所述的主动大带轮设置在一个中间具有空腔的传动机构固定壳体内的左侧并且所述的主动带轮轴通过轴承转动连接在传动机构固定壳体底板上开设的凹槽内,一个十字交叉导轨的上滑块固定在所述的传动机构固定壳体底板的外壁上,所述的十字交叉导轨的上滑块的水平轴线与主动大带轮的回转轴线共面,所述的配重块、传动机构固定壳体以及十字交叉导轨设置在壳体内,所述的低摩擦气缸固定在传动机构固定壳体右侧的顶板上,在所述花键轴上固接有从动小带轮,所述的主动大带轮通过皮带与从动小带轮相连使得花键轴具有旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的大口径非球面机器人偏心式行星抛光装置,其特征在于:在主动大带轮和从动小带轮之间的传动机构固定壳体内设置有一组中间带轮组,行成二级带轮传动,所述的中间带轮组包括同轴设置的小带轮和大带轮,所述的主动大带轮通过皮带与中间带轮组的小带轮相连,所述的中间带轮组的大带轮通过皮带与从动小带轮相连。
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