多运动自由度的气囊柔性研抛工具制造技术

本发明专利技术公开了一种多运动自由度的气囊柔性研抛工具，采用机械臂机构代替传统机床进行辅助移动实现光学加工。其主要包括回转机构，平行机械臂机构，腕部摆动机构，传动机构，树脂球研磨工具头以及气囊抛光工具头。本发明专利技术采用4自由度的机械臂装置来实现工具头的空间移动及摆动，通过简易方便的更换加工工具头来实现研磨和抛光的快速转换。最终实现工件从来料到研磨在到抛光的一整套加工体系。

Airbag flexible polishing tool with multiple motion degrees of freedom

The invention discloses a flexible airbag polishing tool with multi-degree of freedom of motion, which uses a mechanical arm mechanism to replace the traditional machine tool for auxiliary movement to realize optical processing. It mainly includes rotary mechanism, parallel manipulator mechanism, wrist swing mechanism, transmission mechanism, resin ball grinding tool head and balloon polishing tool head. The invention adopts a 4-DOF mechanical arm device to realize the spatial movement and swing of the tool head, and realizes the rapid transformation of grinding and polishing by simply and conveniently replacing the processing tool head. Finally, the whole process system from workpiece to lapping is completed.

【技术实现步骤摘要】
多运动自由度的气囊柔性研抛工具
本专利技术公开了一种多运动自由度的气囊柔性研抛工具，可以在实现从来料、粗磨、精磨在到抛光的一整套加工体系。技术背景随着科学技术的不断进步，现代光学系统变得越来越复杂，从而对组成光学系统的光学零件的要求也越来越高，例如：需要超大口径超薄超光滑表面、特定形状的自由曲面表面面形等；又由于光电仪器在航空、航天、电子、天文、激光以及光通讯等众多领域的应用越来越广泛，而精密的光电仪器向着高性能、大范围工作波长、高度数字化等方向发展，众多因素共同驱使下导致先进光学制造技术的发展势态愈演愈烈，引外抛光作为光学零件加工的最后一道工序，更是直接决定了光学零件面形的最终质量。目前的抛光技术受到研磨后来料表面精度的影响很大，直接影响了抛光的去除效率与质量，而且研磨与抛光两个阶段由于其在不同的机床进行加工，工艺上往往不能达到很好的衔接。另外传统数控机床的空间定位较笨重，结构大而复杂，灵活性较差。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种利用多运动自由度的气囊柔性研抛工具，可以对工件进行研磨、抛光，结构简单紧凑，具有较好的灵活性，并通过实验确定不同工序的各项实验参数，从而快速达到工艺上的良好对接。为实现上述目的，本专利技术提供的工具包括回转单元、平行机械臂机构、腕部摆动机构、传动机构、研磨工具头及抛光工具头。回转单元由回转伺服电机、基座、立柱、回转轴、涡轮、蜗杆构成，2台伺服电机与蜗杆分别对称布置在涡轮的两侧，共同驱动涡轮转动，涡轮通过回转轴带动机械臂立柱完成回转动作。通过双电机主动消隙控制涡轮蜗杆副的传动间隙，提高回转精度，利用涡轮蜗杆的大传动比代替减速器实现减速功能。平行机械臂机构由大臂伺服电机、小臂伺服电机、大臂电动缸、小臂电动缸组成，该机器人大臂和小臂均采用平行四边形框架对角线上的电动缸的伸缩运动实现机械臂的水平和竖直运动。电动缸由伺服电机经安全离合器驱动丝杠做回转运动，丝杠经丝母将旋转运动转换为丝母及推杆的直线运动，通过缸体内壁加工的导向槽先制了丝母的回转自由度。腕部摆动机构由摆动伺服电机、摆轴、涡轮、蜗杆及腕部箱体组成，同样采用伺服电机的双侧驱动，为工具头提供绕腕部的一个摆向运动，为光学加工提供不同进动角。传动装置由带轮、轴承座、下端盖、传动轴构成，不同工序进行转换时，将不同工具头与传动轴进行连接。研磨工具头由工具头连接件与树脂球构成，二者靠沥青粘连。分为粗磨工具头和精磨工具头，分别对应粒度为100#和400#的树脂球。工作时，将工具头连接件与活塞轴进行螺纹连接并用顶丝进行放松处理。研磨阶段气缸正常工作，有10mm的活动区间，可以缓冲研磨时刚性接触的轴向冲击。抛光工具头由工具头连接件、气囊连接件、气囊圈、气囊、螺纹外圈、聚氨酯抛光垫和棉纤维布组成。气囊抛光时属于柔性接触，不需要气缸的缓冲作用，此时将活塞轴降到底部，并用2个定位螺栓，将气缸与活塞轴进行固定，气体通过活塞轴中心的通气孔进入气囊。附图说明图1为本专利技术提供的研磨工序的装置图图2为本专利技术提供的抛光工序的装置图图3为本专利技术提供的气囊工具头的装置图图4为回转单元涡轮蜗杆传动装置图图5为本专利技术提供的整体装置图图6为摆轴提供10°进动角的装置图具体实施方案首先将基座进行固定(27)，回转伺服电机(28)带动立柱(26)进行一个绕立柱回转的自由度运动。大臂伺服电机(25)带动大臂电动缸(24)进行伸缩运动同时小臂伺服电机(22)带动小臂电动缸(21)进行伸缩运动，从而带动大臂(23)、小臂(20)运动，实现机械臂水平和竖直方向的2个自由度运动。摆动伺服电机(19)通过腕部箱体(18)里的涡轮蜗杆结构带动摆轴(17)进行一个自由度的摆动运动，可以满足工件加工时的进动角需求，然后配置交流伺服电机通过皮带带动带轮(16)进行传动。研磨阶段，换上粒度为100#的研磨工具头，搭配研磨液(水)进行粗磨，粗磨阶段为了达到较大工件去除率，选择较大的研磨速度和下压量，并对工件表面粗糙度进行间断测量，当工件表面粗糙度接近Ra0.9μm时，更换粒度为400#的研磨工具头，进行精磨。精磨阶段，要适当降低研磨速度和下压量，当工件表面粗糙度达到Ra0.1μm左右精度时，更换抛光工具头进行抛光工序。工件抛光时，要合理选择抛光速度、气囊压缩量、进动角、充气压力各项参数值，并搭配氧化铈抛光液，最后达到纳米级的表面粗糙度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多运动自由度的气囊柔性研抛工具，可以快速实现从来料到研磨在到抛光的一整套加工体系。其特征在于，包括：回转单元，通过立柱(26)的转动来实现1个自由度的空间转动运动；平行机械臂装置，通过机械臂大、小臂的伸缩来实现水平和竖直方向的2个自由度运动；腕部摆动机构，通过腕部的摆轴来实现工具头绕机械臂的1个自由度的摆动运动；研磨工具头，通过树脂球与工件进行刚性接触，实现粗磨、精磨工序；抛光工具头，通过螺纹外圈与工具头连接件进行螺纹连接，与工件进行柔性接触，搭配聚氨酯抛光垫和氧化铈抛光液进行抛光工序。

【技术特征摘要】
1.一种多运动自由度的气囊柔性研抛工具，可以快速实现从来料到研磨在到抛光的一整套加工体系。其特征在于，包括：回转单元，通过立柱(26)的转动来实现1个自由度的空间转动运动；平行机械臂装置，通过机械臂大、小臂的伸缩来实现水平和竖直方向的2个自由度运动；腕部摆动机构，通过腕部的摆轴来实现工具头绕机械臂的1个自由度的摆动运动；研磨工具头，通过树脂球与工件进行刚性接触，实现粗磨、精磨工序；抛光工具头，通过螺纹外圈与工具头连接件进行螺纹连接，与工件进行柔性接触，搭配聚氨酯抛光垫和氧化铈抛光液进行抛光工序。2.根据权利要求1所述的采用多运动自由度的气囊柔性研抛工具，其特征在于，回转单元及腕部摆动机构都采用涡轮(12)蜗杆(11)的传动方式来实现转动，通过双电机主动消隙控制涡轮蜗杆副的传动间隙，提高回转精度，利用涡轮蜗杆的大传动比代替减速器实现减速功能。3.根据权利要求1所述的采用多运动自由度的气囊柔性研抛工具，其特征在于，机械臂采用平行四边形框架对角推缸驱动的结构形式，电动缸由伺服电机经安全离合器驱动丝杠做回转运动，将丝杠的旋转运动转换为丝母及推杆的直线运动，通过控制对角线上的电动缸的伸缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：程灏波，王英伟，杨昊，
申请(专利权)人：北京理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44