【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非球面抛光加工，涉及一种用于深矢高非球面光学元件内外表面抛光的集成抛光装置。
技术介绍
1、相比传统半球形光学元件，深矢高非球面能够有效地提高光学成像系性能，降低系统成本并有效地减轻设备质量，被广泛应用于红外光学系统、功能光电器件以及信息与微电子等尖端科技领域。随着应用范围的扩大和精度要求的不断提高，非球面元件其面形精度趋近于亚微米级，表面粗糙度要求趋向于亚纳米级别，长径比也不断地加大，结构更加复杂，从而对非球面抛光技术提出了更高的要求。已有成熟的计算机控制光学表面成形研抛设备和技术大都是面向平面、球面以及低矢高光学非球面的加工，而传统的研磨、抛光、修形等工艺不能满足保形光学元件复杂面形的加工精度要求。非球面在超精密研抛过程中存在着面形复杂、薄壁结构易变形、硬脆材料难加工等一系列问题，加工精度难以保证。深矢高非球面内外表面抛光加工具有以下工艺难点：
2、1、现阶段设计中元件长径比的一般选择在1～1.7之间，曲面上各点之间的曲率半径不同，曲率中心不同，高陡度非球面曲率变化导致去除函数畸变，直接影响了研抛后的面形精度，面形不易修正；
3、2、特殊的二次曲面结构限制了传统抛光工具的尺寸和形状，例如为避免机械干涉，若采用细长的抛光杆，则加工时刚性较差，极大影响抛光质量。因此对抛光平台的运动系统设计及刚度校核提出了极大的要求；
4、3、现有的抛光过程中一般需要分别进行内外表面的装夹、对刀、粗磨、换刀、精磨等多道工序，加工周期长、效率低，重复的装夹换刀容易破坏原有的面型精度。
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6、因此，需要对现有技术和抛光装置作集成化改进，开发出一种用于深矢高非球面光学元件的内外表面集成抛光加工装置，来满足深矢高非球面内外表面抛光加工要求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种加工深矢高非球面元件的集成抛光装置，结构设计合理、操作调节方便，具有多工具轴、高精度、高效率和高灵活性的特点。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加工深矢高非球面元件的集成抛光装置，其特征在于：包括立柱，立柱固定安装在回转台上，回转台底部安装有驱动回转台转动的直驱电机，立柱的左侧安装有双头抛光电主轴，双头抛光电主轴的前后两端分别可拆卸地安装有对元件外表面进行片抛光的气囊抛光工具和碟形抛光工具，在立柱的右侧安装有轮带驱动装置，轮带驱动装置下方安装有对元件表面进行抛光的轮带抛光装置，轮带抛光装置包括驱动轮、接触轮、抛光带、悬臂座和伸缩杆，驱动轮与轮带驱动装置的传动轴传动连接，悬臂座安装在轮带驱动装置的底板上，其内部设有中心孔，底部设有螺纹通孔，侧面设有滑槽，伸缩杆的一端与悬臂座连接定位，另一端与接触轮相连接，抛光带安装在驱动轮与接触轮的外圆面上，根据不同长径比的光学零件通过伸缩杆来调节驱动轮与接触轮的中心距，轮带抛光装置的带传动中心轴线与双头电主轴轴线共面且平行。
3、作为改进，所述双头抛光电主轴包括永磁同步电主轴、主轴下支架、主轴上支架和液胀夹具，主轴下支架与主轴上支架通过螺栓固连锁紧永磁同步电主轴，安装在立柱的左侧，液胀夹具为前后二个，分别通过法兰安装在永磁同步电主轴的前后两端，气囊抛光工具和碟形抛光工具分别通过液胀夹具固定在双头抛光电主轴的两端。
4、进一步，所述气囊抛光工具包括气囊杆、气囊头、锁紧螺母和聚氨酯抛光垫，气囊头通过锁紧螺母安装在气囊杆端部，聚氨酯抛光垫粘接在气囊头上，气囊杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧；碟形抛光工具包括中心杆和聚氨酯抛光头，中心杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧。
5、进一步，所述轮带驱动装置包括从上至下依次设置的驱动电机、电机支架、上端盖、角接触球轴承、杯罩、底板和传动轴，其中驱动电机安装在电机支架上，电机支架安装在底板上，底板安装在立柱右侧面，与工作台面保持水平，底板上开设有供杯罩安装的开口，杯罩的下端设有向外延伸的翻边与底板下端固定，角接触球轴承安装在杯罩内，上端盖设置在杯罩的上开口位置、通过螺纹锁紧角接触球轴承，传动轴的上端穿过底板、角接触球轴承通过联轴器与驱动电机输出轴相连接，传动轴的下端与轮带抛光装置的驱动轮通过键槽连接。
6、再进一步，所述轮带抛光装置的悬臂座固定安装在底板下端与驱动轮相平行，悬臂座内轴向开设有中心孔，侧面设有滑槽，伸缩杆的一端插入悬臂座的中心孔中通过圆柱销和悬臂座的滑槽配合进行伸缩定位，悬臂座的中心孔内设有对伸缩杆进行轴向张紧的轴向张紧装置。
7、再进一步，所述轴向张紧装置包括矩形弹簧、活塞和加紧螺杆，矩形弹簧和活塞放置于悬臂座的中心孔内，悬臂座的后端设有螺纹孔，加紧螺杆旋进螺纹孔内与活塞相接触，活塞另一端与矩形弹簧相接触，矩形弹簧另一端与伸缩杆相抵。
8、再进一步，所述伸缩杆的前端为供接触轮安装的u形安装槽，u形安装槽的上下两侧开设有供接触轮芯轴安装的轴孔，接触轮和深沟球轴承安装在接触轮芯轴上，抛光带安装在驱动轮与接触轮的外圆面上。
9、进一步，所述底板的下端安装有用于防止抛光带在其径向高速窜动的限位装置，限位装置为左右两组，限位装置包括限位轮、限位轮心轴、限位轮底座、限位轮轴承、t型螺母和限位挡板，其中限位轮安装在抛光带的外侧，限位轮轴承安装在限位轮心轴上，限位轮安装在限位轮轴承外，限位轮底座的一端与底板相抵，另一端与限位轮轴承相抵支撑，底板内开设有供t型螺母安装的t型槽，限位轮心轴的穿过限位轮底座、与t型螺母连接固定；限位挡板安装在悬臂座上、位于抛光带的内侧，限位挡板的角度可根据抛光带的包角微调。
10、进一步，所述立柱的前侧面上安装有抛光液喷嘴和对刀装置，抛光液喷嘴配备竹节管，向抛光接触点提供含有氧化铈磨粒的抛光液，对刀装置包括对刀仪和对刀底座，对刀底座固定在立柱上，对刀仪采用紧凑接触式无线传输测头。
11、最后，所述碟形抛光工具可更换为球头或锥头抛光工具。
12、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：采用直驱电机驱动抛光立柱和工具进给方式，可与外部运动系统完成联动抛光作业；抛光立柱上分别设有三个抛光工具位，可根据抛光工序和零件结构，安装不同的加工工具，实现仅一次对刀、一次装夹便可完成单表面加工任务；采用结构紧凑的双头永磁电主轴驱动抛光工具，采用液胀夹具实现抛光工具的快速更换，可安装气囊抛光工具、球形抛光头、碟形抛光轮等各类旋转接触式抛光工具，功能丰富；针对高陡度内表面加工设计了轮带抛光部件，该部件互换性高，方便拆卸，可更根据曲率半径更换不同规格的接触轮或伸缩杆，实现各类口径零件内表面的加工；抛光带更换快捷方便，具有两种张紧方式。本专利技术结构设计合理，装置整体结构尺寸小巧，可安装于任一抛光机床运动部件上，操作方便灵活，可实现深矢高非球面元件的内外表面精密抛光加工，同时减少了工序，有效提高加工效率。
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1.一种加工深矢高非球面元件的集成抛光装置，其特征在于：包括立柱，立柱固定安装在回转台上，回转台底部安装有驱动回转台转动的直驱电机，立柱的左侧安装有双头抛光电主轴，双头抛光电主轴的前后两端分别可拆卸地安装有对元件外表面进行抛光的气囊抛光工具和碟形抛光工具，在立柱的右侧安装有轮带驱动装置，轮带驱动装置下方安装有对元件内表面进行片抛光的轮带抛光装置，轮带抛光装置包括驱动轮、接触轮、抛光带、悬臂座和伸缩杆，驱动轮与轮带驱动装置的传动轴传动连接，悬臂座安装在轮带驱动装置的底板上，其内部设有中心孔，底部设有螺纹通孔，侧面设有滑槽，伸缩杆的一端与悬臂座连接定位，另一端与接触轮相连接，抛光带安装在驱动轮与接触轮的外圆面上，根据不同长径比的光学零件通过伸缩杆来调节驱动轮与接触轮的中心距，轮带抛光装置的带传动中心轴线与双头电主轴轴线共面且平行。
2.根据权利要求1所述的集成抛光装置，其特征在于：所述双头抛光电主轴包括永磁同步电主轴、主轴下支架、主轴上支架和液胀夹具，主轴下支架与主轴上支架通过螺栓固连锁紧永磁同步电主轴，安装在立柱的左侧，液胀夹具为前后二个，分别通过法兰安装在永磁同步电主
3.根据权利要求2所述的集成抛光装置，其特征在于：所述气囊抛光工具包括气囊杆、气囊头、锁紧螺母和聚氨酯抛光垫，气囊头通过锁紧螺母安装在气囊杆端部，聚氨酯抛光垫粘接在气囊头上，气囊杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧；碟形抛光工具包括中心杆和聚氨酯抛光头，中心杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧。
4.根据权利要求1所述的集成抛光装置，其特征在于：所述轮带驱动装置包括从上至下依次设置的驱动电机、电机支架、上端盖、角接触球轴承、杯罩、底板和传动轴，其中驱动电机安装在电机支架上，电机支架安装在底板上，底板安装在立柱右侧面，与工作台面保持水平，底板上开设有供杯罩安装的开口，杯罩的下端设有向外延伸的翻边与底板下端固定，角接触球轴承安装在杯罩内，上端盖设置在杯罩的上开口位置、通过螺纹锁紧角接触球轴承，传动轴的上端穿过底板、角接触球轴承通过联轴器与驱动电机输出轴相连接，传动轴的下端与轮带抛光装置的驱动轮通过键槽连接。
5.根据权利要求4所述的集成抛光装置，其特征在于：所述轮带抛光装置的悬臂座固定安装在底板下端与驱动轮相平行，悬臂座内轴向开设有中心孔，侧面设有滑槽，伸缩杆的一端插入悬臂座的中心孔中通过圆柱销和悬臂座的滑槽配合进行伸缩定位，悬臂座的中心孔内设有对伸缩杆进行轴向张紧的轴向张紧装置。
6.根据权利要求5所述的集成抛光装置，其特征在于：所述轴向张紧装置包括矩形弹簧、活塞和加紧螺杆，矩形弹簧和活塞放置于悬臂座的中心孔内，悬臂座的后端设有螺纹孔，加紧螺杆旋进螺纹孔内与活塞相接触，活塞另一端与矩形弹簧相接触，矩形弹簧另一端与伸缩杆相抵。
7.根据权利要求6所述的集成抛光装置，其特征在于：所述伸缩杆的前端为供接触轮安装的U形安装槽，U形安装槽的上下两侧开设有供接触轮芯轴安装的轴孔，接触轮和深沟球轴承安装在接触轮芯轴上，抛光带安装在驱动轮与接触轮的外圆面上。
8.根据权利要求7所述的集成抛光装置，其特征在于：所述底板的下端安装有用于防止抛光带在其径向高速窜动的限位装置，限位装置为左右两组，限位装置包括限位轮、限位轮心轴、限位轮底座、限位轮轴承、T型螺母和限位挡板，其中限位轮安装在抛光带的外侧，限位轮轴承安装在限位轮心轴上，限位轮安装在限位轮轴承外，限位轮底座的一端与底板相抵，另一端与限位轮轴承相抵支撑，底板内开设有供T型螺母安装的T型槽，限位轮心轴的穿过限位轮底座、与T型螺母连接固定；限位挡板安装在悬臂座上、位于抛光带的内侧，限位挡板的角度可根据抛光带的包角微调。
9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的集成抛光装置，其特征在于：所述立柱的前侧面上安装有抛光液喷嘴和对刀装置，抛光液喷嘴配备竹节管，向抛光接触点提供含有氧化铈磨粒的抛光液，对刀装置包括对刀仪和对刀底座，对刀底座固定在立柱上，对刀仪采用紧凑接触式无线传输测头。
10.根据权利要求1至8任一权利要求所述的集成抛光装置，其特征在于：所述碟形抛光工具可更换为球头或锥头抛光工具。
...【技术特征摘要】
1.一种加工深矢高非球面元件的集成抛光装置，其特征在于：包括立柱，立柱固定安装在回转台上，回转台底部安装有驱动回转台转动的直驱电机，立柱的左侧安装有双头抛光电主轴，双头抛光电主轴的前后两端分别可拆卸地安装有对元件外表面进行抛光的气囊抛光工具和碟形抛光工具，在立柱的右侧安装有轮带驱动装置，轮带驱动装置下方安装有对元件内表面进行片抛光的轮带抛光装置，轮带抛光装置包括驱动轮、接触轮、抛光带、悬臂座和伸缩杆，驱动轮与轮带驱动装置的传动轴传动连接，悬臂座安装在轮带驱动装置的底板上，其内部设有中心孔，底部设有螺纹通孔，侧面设有滑槽，伸缩杆的一端与悬臂座连接定位，另一端与接触轮相连接，抛光带安装在驱动轮与接触轮的外圆面上，根据不同长径比的光学零件通过伸缩杆来调节驱动轮与接触轮的中心距，轮带抛光装置的带传动中心轴线与双头电主轴轴线共面且平行。
2.根据权利要求1所述的集成抛光装置，其特征在于：所述双头抛光电主轴包括永磁同步电主轴、主轴下支架、主轴上支架和液胀夹具，主轴下支架与主轴上支架通过螺栓固连锁紧永磁同步电主轴，安装在立柱的左侧，液胀夹具为前后二个，分别通过法兰安装在永磁同步电主轴的前后两端，气囊抛光工具和碟形抛光工具分别通过液胀夹具固定在双头抛光电主轴的两端。
3.根据权利要求2所述的集成抛光装置，其特征在于：所述气囊抛光工具包括气囊杆、气囊头、锁紧螺母和聚氨酯抛光垫，气囊头通过锁紧螺母安装在气囊杆端部，聚氨酯抛光垫粘接在气囊头上，气囊杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧；碟形抛光工具包括中心杆和聚氨酯抛光头，中心杆与液胀夹具同轴安装，通过液体内胀加紧。
4.根据权利要求1所述的集成抛光装置，其特征在于：所述轮带驱动装置包括从上至下依次设置的驱动电机、电机支架、上端盖、角接触球轴承、杯罩、底板和传动轴，其中驱动电机安装在电机支架上，电机支架安装在底板上，底板安装在立柱右侧面，与工作台面保持水平，底板上开设有供杯罩安装的开口，杯罩的下端设有向外延伸的翻边与底板下端固定，角接触球轴承安装在杯罩内，上端盖设置在杯罩的上开口位置、通过螺纹锁紧角接触球轴承，传动轴的上端穿...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂凤明，薛枫，王大森，郭海林，夏朝翔，赵仕燕，黄思玲，张旭，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：
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