一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备制造技术

本发明专利技术公开了一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，L型支撑架用来固定支撑两个不同的并联加工机器人以及待加工镜面，镜面内圈加工单元4为5UPS+UPU型并联加工机器人，镜面外圈加工单元为4UPS+PUU型并联加工机器人，镜面旋转固定单元上方安装主动分区柔性液压支撑系统，该支撑系统为待加工镜面在加工工程中的柔性支撑，调整各个支撑点输出力，使光学镜面在加工过程中受力平衡。该发明专利技术整体设备体积小、刚度高、累计误差小、加工精度高，有效提高光学镜面加工效率；同时改良刚性支撑系统，可调整各个支撑点输出力，使光学镜面在加工过程中受力平衡，不易变形或损坏，更加适用于复杂曲面光学镜面的加工。

Large optical mirror processing equipment for multi parallel parallel robot

The invention discloses a large optical mirror processing equipment of a multi-parallel fusion robot. The L-type support frame is used to fix and support two different parallel processing robots and the mirror to be processed. The mirror inner ring processing unit 4 is a 5UPS+UPU type parallel processing robot, and the mirror outer ring processing unit is a 4UPS+PUU type parallel processing robot. The active partition flexible hydraulic support system is installed above the mirror rotating fixing unit. The support system is flexible support for the mirror to be machined in processing engineering. The output force of each support point is adjusted to balance the force of the optical mirror in the process of machining. The invention has the advantages of small volume, high stiffness, small accumulative error, high machining precision, effectively improving the processing efficiency of optical mirrors, and improving the rigid support system, which can adjust the output force of each support point, so as to balance the force of optical mirrors in the processing process, and is not easy to deform or damage, so it is more suitable for complex curved optical mirrors. Surface processing.

【技术实现步骤摘要】
一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备
本专利技术涉及一种光学镜面加工设备，具体涉及一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，属于精密部件加工设备

技术介绍
随着光学技术的飞速发展，作为核心元件的曲面光学零件在军事侦察领域、航空航天领域以及众多民用领域，譬如投影仪和照相机镜头，取景器，望远镜等领域均得到广泛应用，而且现代光学系统正朝着大口径、高精度、高分辨率及高功率的方向快速发展，对大型光学镜面的需求日益增长，因此对光学镜面的加工精度有了更高标准。光学镜面的加工过程主要包括毛坯加工，粗磨，研磨，抛光等几道工序，其中研磨抛光加工过程不仅所花工时较长，且对加工技术有着较高要求。目前的传统镜面加工装备通常采用单个的串联机构对镜面进行加工，串联机构存在刚度小，精度低，动态响应速度慢，累积误差较大的缺点。这种镜面加工装备的结构相对复杂不易于控制，且在高次曲面，正弦曲面和自由曲面等具有特殊用途的大型曲面光学镜面的加工中，“面形测量-研抛加工”的重复次数增多，存在加工效率低，加工过程损坏光学镜面表面影响零件光学特征和性能的问题。传统镜面加工装备中，待加工的光学镜面的底部支撑部分通常采用刚性支撑，多个支撑点输出力相同且固定，无法随上方加工位置和状态进行调整，使被加工的光学镜面在加工过程中各支撑点受力不均导致形变或损坏。此外，随着待加工镜面口径增大，需要加工刀具调整位置的范围较大，致使加工过程惯性大，导致装备体积大、使用不便且成本高。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，整体设备体积小、刚度高、累计误差小、加工精度高，有效提高光学镜面加工效率；同时改良支撑系统，可调整各个支撑点输出力，使光学镜面在加工过程中受力平衡，不易变形或损坏，更加适用于复杂曲面光学镜面的加工。为了解决上述问题，本专利技术一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，包括加工单元、大镜面支撑单元以及镜面旋转固定单元，所述加工单元包括加工刀具单元、以及在光学镜面加工过程中为加工刀具提供所需路径、加工力和加工姿态的驱动机构；所述大镜面支撑单元包括L型支撑架，镜面旋转固定单元设在L型支撑架水平平台的上端，L型支撑架水平平台的右端设有竖直连接座，L型支撑架竖直平台的上端设有水平连接座，所述竖直连接座上安装有镜面外圈加工单元，所述水平连接座上安装有镜面内圈加工单元；镜面旋转固定单元的上方设有主动分区柔性液压支撑系统；其中，镜面内圈加工单元为5UPS+UPU型并联机构,包括静平台、五条UPS驱动支链A、一条UPU约束支链和动平台一，静平台的面积大于动平台一，五条UPS驱动支链A的上端均匀布置在静平台的边端，五条UPS驱动支链A的下端均匀布置在动平台一的边端，UPU约束支链的上下两端分别设在静平台和动平台一的中心位置；五条UPS驱动支链A的结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠上端与伺服电机A相连，丝杠外壳通过U型副A铰接在静平台的边端，丝杠底部通过球铰链A铰接在动平台一的边端；UPU约束支链为花键杆和花键套筒结构，花键套筒通过U型副B铰接在静平台的中心位置，花键杆的下端通过虎克铰链A铰接在动平台一的中心位置；动平台一的下端通过刀具架一连接有刀具系统一；镜面外圈加工单元为4UPS+PUU型并联机构，包括动平台二、4条UPS驱动支链B、直线模组和一条PUU约束支链，4条UPS驱动支链B对称设置在竖直连接座的四角，直线模组设置在竖直连接座的中心，且直线模组与L型支撑架水平平台之间夹角为60°，所述4条UPS驱动支链B结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠远离大镜面的一端与伺服电机B相连，丝杠外壳通过U型副C铰接在竖直连接座上，丝杠另一端通过球铰链B铰接在动平台二的四角；直线模组包括丝杆、螺母滑块和框架，丝杆安装在框架内，丝杆的上端通过伺服电机驱动，螺母滑块与丝杆相互配合，滑块的两侧滑动设置在框架的两侧，PUU约束支链为定长杆，其一端通过铰接座铰接在螺母滑块上，另一端通过虎克铰链B铰接在动平台二一侧的中心位置，动平台二另一侧通过刀具架二连接有刀具系统二；主动分区柔性液压支撑系统包括安装在镜面旋转固定单元上端的圆形支撑底板，所述圆形支撑板被分为三个扇形区域，每个扇形区域均为120°，每个扇形区域内均匀设置有若干调高装置，每个调高装置上端连接有支撑油缸，每个扇形区域内各支撑油缸的上腔均并联，并通过连接油管与外端设置的体积调节单元相连，每个扇形区域内各支撑油缸的下腔均并联并通过与外端设置的体积调节单元相连，每组体积调节单元分别单独控制三个扇形区域内的各个支撑油缸同步动作。本专利技术采用内外圈不同的加工单元对大镜面进行加工，内圈的加工单元采用五条UPS驱动支链A和一条UPU约束支链并联为加工刀具提供加工过程所需的路径、加工力以及加工姿态，伺服电机A驱动滚珠丝杠副从而使滚珠丝杠伸缩杆伸缩，通过五条UPS驱动支链A的不同伸缩长度实现动平台一空间的六自由度运动，UPU支链A布置在静平台和动平台中心位置，且该支链不提供运动驱动，是通过虎克铰链限制的一个自由度，从而整个并联驱动机构实现了刀具驱动机构X、Y、Z方向的直线运动和绕X、Y轴的旋转运动五个自由度的可控动作；外圈的加工单元采用四条UPS驱动支链B和一条PUU约束支链并联，UPS驱动支链B与UPS驱动支链A的结构类似，同样利用伺服电机B驱动滚珠丝杠副从而使滚珠丝杠伸缩杆伸缩，来实现动平台二空间的六自由度运动，PUU约束支链为定长杆来限制动平台二围绕X轴的旋转动作，实现X、Y、Z方向的直线运动和绕Y、Z轴的旋转运动五个自由度的可控动作，同时根据外圈加工位置，直线模组上的伺服电机通过驱动丝杆的转动使螺母滑块移动至所需位置并保持不动，提高了外圈加工精度；镜面内圈加工单元和镜面外圈加工单元采用这种UPS驱动支链和约束支链并联的方式实现空间五自由度的运动，减少了串并联或者纯串联加工机床产生的累积误差，大大提高了装备加工精度；且这种并联形成的刀具加工驱动机构整体装备刚度高，机床承载力强；刀具架一的下端还可以固定研磨盘来实现对光学镜面的研磨抛光。主动分区柔性液压支撑系统用于调整镜面姿态，从而实现特殊曲面加工；当需要调节镜面高度或者需要调节各支撑点输出力使镜面在加工过程中各点受力平衡时，由体积调节单元向支撑油缸的上腔或者下腔注油，油缸上下腔油的压力差推动内外部活塞件移动，进而改变支撑轴高度调整镜面姿态。主动分区柔性液压支撑系统被分为三个扇形区，因此由三组体积调节单元分别控制支撑底板上三个扇区内的支撑油缸，在保证支撑力稳定的同时实现三个区域内可单独不同步工作。进一步的，体积调节单元包括两组步进电机、两组调节油缸和两组滑块，步进电机的输出端通过联轴器与滑块的一端相连，滑块的两侧可沿着设在步进电机与调节油缸之间的导轨滑动，滑块的另一端与调节油缸的活塞杆端部相连，其中一个调节油缸的油腔通过油管与支撑油缸的上腔相通，另一个调节油缸的油腔通过油管与支撑油缸的下腔相通。通过步进电机带动滑块的动作从而带动调节油缸活塞杆的动作，活塞杆将液压油分别传递至每个扇形区域内12个支撑油缸的上腔或者下腔；由于光学镜面加工精度要求较高，因此利用步进电机和调节油缸的形式可以使体积调节单元的分辨率小于等于10mm3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，包括加工单元、大镜面支撑单元以及镜面旋转固定单元(2)，所述加工单元包括加工刀具单元、以及在光学镜面加工过程中为加工刀具提供所需路径、加工力和加工姿态的驱动机构；其特征在于，所述大镜面支撑单元包括L型支撑架(1)，镜面旋转固定单元(2)设在L型支撑架(1)水平平台的上端，L型支撑架(1)水平平台的右端设有竖直连接座(500)，L型支撑架竖直平台的上端设有水平连接座(400)，所述竖直连接座(500)上安装有镜面外圈加工单元(5)，所述水平连接座(400)上安装有镜面内圈加工单元(4)；镜面旋转固定单元(2)的上方设有主动分区柔性液压支撑系统(3)；其中，镜面内圈加工单元(4)为5UPS+UPU型并联机构,包括静平台(401)、五条UPS驱动支链A(403)、一条UPU约束支链(404)和动平台一(406)，静平台(401)的面积大于动平台一(406)，五条UPS驱动支链A(403)的上端均匀布置在静平台(401)的边端，五条UPS驱动支链A(403)的下端均匀布置在动平台一(406)的边端，UPU约束支链(404)的上下两端分别设在静平台(401)和动平台一(406)的中心位置；五条UPS驱动支链A(403)的结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠上端与伺服电机A(409)相连，丝杠外壳通过U型副A(402)铰接在静平台(401)的边端，丝杠底部通过球铰链A(405)铰接在动平台一(406)的边端；UPU约束支链(404)为花键杆和花键套筒结构，花键套筒通过U型副B(410)铰接在静平台(401)的中心位置，花键杆的下端通过虎克铰链A(411)铰接在动平台一(406)的中心位置；动平台一(406)的下端通过刀具架一(407)连接有刀具系统一(408)；镜面外圈加工单元为4UPS+PUU型并联机构，包括动平台二(509)、4条UPS驱动支链B(503)、直线模组(504)和一条PUU约束支链(506)，4条UPS驱动支链B(503)对称设置在竖直连接座(500)的四角，直线模组(504)设置在竖直连接座(500)的中心，且直线模组(504)与L型支撑架(1)水平平台之间夹角为60°，所述4条UPS驱动支链B(503)结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠远离大镜面的一端与伺服电机B(501)相连，丝杠外壳通过U型副C(502)铰接在竖直连接座(500)上，丝杠另一端通过球铰链B(507)铰接在动平台二(509)的四角；直线模组(504)包括丝杆、螺母滑块和框架，丝杆安装在框架内，丝杆的上端通过伺服电机驱动，螺母滑块与丝杆相互配合，滑块的两侧滑动设置在框架的两侧，PUU约束支链(506)为定长杆，其一端通过铰接座(505)铰接在螺母滑块上，另一端通过虎克铰链B(508)铰接在动平台二(509)一侧的中心位置，动平台二(509)另一侧通过刀具架二(510)连接有刀具系统二(511)；主动分区柔性液压支撑系统(3)包括安装在镜面旋转固定单元(2)上端的圆形支撑底板(301)，所述圆形支撑板(301)被分为三个扇形区域，每个扇形区域均为120°，每个扇形区域内均匀设置有若干调高装置(302)，每个调高装置(302)上端连接有支撑油缸(304)，每个扇形区域内各支撑油缸的(304)上腔均并联，并通过油路与外端设置的体积调节单元相连，每个扇形区域内各支撑油缸,(304)的下腔均并联并通过油路与外端设置的体积调节单元相连，每组体积调节单元分别单独控制三个扇形区域内的各个支撑油缸同步动作。...

【技术特征摘要】
1.一种多并联共融机器人大型光学镜面加工装备，包括加工单元、大镜面支撑单元以及镜面旋转固定单元(2)，所述加工单元包括加工刀具单元、以及在光学镜面加工过程中为加工刀具提供所需路径、加工力和加工姿态的驱动机构；其特征在于，所述大镜面支撑单元包括L型支撑架(1)，镜面旋转固定单元(2)设在L型支撑架(1)水平平台的上端，L型支撑架(1)水平平台的右端设有竖直连接座(500)，L型支撑架竖直平台的上端设有水平连接座(400)，所述竖直连接座(500)上安装有镜面外圈加工单元(5)，所述水平连接座(400)上安装有镜面内圈加工单元(4)；镜面旋转固定单元(2)的上方设有主动分区柔性液压支撑系统(3)；其中，镜面内圈加工单元(4)为5UPS+UPU型并联机构,包括静平台(401)、五条UPS驱动支链A(403)、一条UPU约束支链(404)和动平台一(406)，静平台(401)的面积大于动平台一(406)，五条UPS驱动支链A(403)的上端均匀布置在静平台(401)的边端，五条UPS驱动支链A(403)的下端均匀布置在动平台一(406)的边端，UPU约束支链(404)的上下两端分别设在静平台(401)和动平台一(406)的中心位置；五条UPS驱动支链A(403)的结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠上端与伺服电机A(409)相连，丝杠外壳通过U型副A(402)铰接在静平台(401)的边端，丝杠底部通过球铰链A(405)铰接在动平台一(406)的边端；UPU约束支链(404)为花键杆和花键套筒结构，花键套筒通过U型副B(410)铰接在静平台(401)的中心位置，花键杆的下端通过虎克铰链A(411)铰接在动平台一(406)的中心位置；动平台一(406)的下端通过刀具架一(407)连接有刀具系统一(408)；镜面外圈加工单元为4UPS+PUU型并联机构，包括动平台二(509)、4条UPS驱动支链B(503)、直线模组(504)和一条PUU约束支链(506)，4条UPS驱动支链B(503)对称设置在竖直连接座(500)的四角，直线模组(504)设置在竖直连接座(500)的中心，且直线模组(504)与L型支撑架(1)水平平台之间夹角为60°，所述4条UPS驱动支链B(503)结构完全相同，均为滚珠丝杠结构，丝杠远离大镜面的一端与伺服电机B(501)相连，丝杠外壳通过U型副C(502)铰接在竖直连接座(500)上，丝杠另一端通过球铰链B(507)铰接在动平台二(509)的四角；直线模组(504)包括丝杆、螺母滑块和框架，丝杆安装在框架内，丝杆的上端通过伺服电机驱动，螺母滑块与丝杆相互配合，滑块的两侧滑动设置在框架的两侧，PUU约束支链(506)为定长杆，其一端通过铰接座(505)铰接在螺母滑块上，另一端通过虎克铰链B(508)铰接在动平台二(509)一侧的中心位置，动平台二(509)另一侧通过刀具架二(510)连接有刀具系统二(511)；主动分区柔性液压支撑系统(3)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，孔一璇，万勇建，张慧珍，郭锋，陈世彪，金祖进，徐世昌，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32