望远镜摩擦传动超大直径摩擦盘的现场磨削方法及其设备技术

望远镜摩擦传动超大直径摩擦盘的现场磨削方法及其设备：（１）摩擦盘通过支撑轴承定位在方位底座上；（２）摩擦盘下面安装驱动电机驱动摩擦盘绕自身轴系旋转；（３）砂轮固定于砂轮主轴，砂轮主轴两头通过消隙轴承定位于砂轮架；（４）在磨削加工前将砂轮主轴与摩擦盘旋转轴调成平行；（５）砂轮主轴由电机驱动对超大直径摩擦盘进行现场磨削加工；（６）加工一段时间后，用金刚石笔对砂轮进行修整；（７）反复重复步骤（５）和步骤（６），至达到设计要求。本发明专利技术能够在现场对摩擦盘外圆表面进行磨削加工，使得摩擦盘外圆表面的粗糙度和圆柱度满足要求，保证摩擦传动精度，对未来极大天文望远镜的研制及其他领域超大直径圆盘类工件的加工有着重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加工工艺，具体涉及一种极大天文望远镜摩擦传动超大直径摩擦 盘的现场磨削加工方法；本专利技术还涉及该方法所使用的设备。
技术介绍
极大天文望远镜摩擦传动的从动摩擦盘直径在30米左右，且摩擦传动对摩擦盘 表面粗糙度和圆柱度要求较高，通常粗糙度要求为0. 8微米，整圆表面圆柱度为0. 06毫米 左右。从加工、运输、现场安装、调试、日后维修等方面考虑，30米直径摩擦盘采用整体结构 不太现实，需要采用分体拼接结构。拼接模块可在通用数控铣床上加工，然后到现场进行组 装调整，拼成一个直径30米的大圆盘。但由于各个模块的加工误差和现场拼接误差，拼接 后大摩擦盘表面的粗糙度和圆柱度，无法满足望远镜摩擦传动对摩擦表面的要求。摩擦传动与齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、电机直接驱动相比，最大的问题是摩擦副表 面在外界干扰下，会发生打滑。发生打滑的根本原因是负载力矩发生了变化。如当负载力 矩突然变大时，由于主动轮和从动摩擦盘之间的摩擦力矩是恒定的，所以主动轮驱动不了 从动轮，两轮表面间就发生了打滑。因此，在设计摩擦传动系统时，摩擦力矩都要考虑一定 的余量，即系统能够承受一定的负载波动。负载力矩波动越小，摩擦传动的运行越平稳，运 行精度也越高。负载力矩波动主要包括惯性矩波动和外界干扰力矩(如风力等)。惯性矩是 结构转动惯量和运行加速度的乘积，望远镜建成后，转动部分的转动惯量是不变的。因此， 惯性矩的变化是由运行加速度的变化引起的。天文望远镜跟踪天上星体时，工作速度非常 低，跟踪过程中加速度的变化也很小，所以，惯性矩的变化不大。另外，天文望远镜通常都是 在圆顶内工作，通过圆顶上的一个窗口观测星体，而且，望远镜结构多数为杆件，板件很少， 所以，由风引起的负载波动也不大。因此，摩擦传动非常适合于天文望远镜的驱动。国际 上已有多架大型望远镜成功应用了摩擦传动，如美国10米口径的Keck望远镜、8米口径的 Gemini望远镜、中国4米口径的LAMOST望远镜等。最为重要的是随着天文望远镜口径的 越来越大，采用摩擦传动能够获得很大的传动比，如30米口径极大望远镜，从动摩擦盘直 径在30米左右，主动小摩擦轮直径取200毫米，则传动比高达150，而直接驱动的传动比只 是1 :1，这对控制系统的设计非常有利，大大降低控制系统的难度和成本。另外，摩擦传动 结构简单，只是电机驱动小摩擦轮，而后通过小摩擦轮和大摩擦盘之间的摩擦力矩带动大 摩擦盘。与其他的齿轮传动、电机直接驱动相比，造价非常低。因此，对于极大天文望远镜 而言，摩擦传动是一种极有研究价值的传动方式。30米口径极大天文望远镜如果采用摩擦传动，其摩擦盘(大摩擦轮)的直径在30 米左右，整体加工不可能。因此，只能采用分体拼接结构，由长度在1米左右的模块拼接而 成。模块的外圆表面(圆直径30米)可在常规的数控铣床上加工，加工完成后到现场进行拼 接、调整，形成30米直径的大圆盘。摩擦传动的平稳性和传动精度很大程度上取决于摩擦副(小摩擦轮和大摩擦轮)表面的质量，包括表面粗糙度、圆度和圆柱度。通常摩擦传动对摩 擦副表面的粗糙度要求在0. 8微米，圆柱度要求在0. 06毫米左右。由于数控铣床加工的局 限性，加工后的模块外圆表面的粗糙度和圆柱度无法满足上面的要求。另外，在现场拼接过 程中，存在拼接误差，使得各个模块之间不可能形成一个完美的整圆。这些因素都会影响摩 擦传动的平稳性和精度。针对这一问题，本专利技术专利提出了一套现场磨削的加工技术，使得 拼接后的大摩擦盘的表面质量满足摩擦传动的要求，为摩擦传动能够应用在极大天文望远 镜上创造了条件。
技术实现思路
针对现有技术的上述问题，本专利技术的目的是提供一种极大望远镜摩擦传动超大直 径摩擦盘的现场磨削加工方法，该方法是一套现场磨削的加工技术，在现场对用模块拼接 后的摩擦盘外圆表面进行磨削加工，使得摩擦盘外圆表面的粗糙度和圆柱度满足要求，保 证摩擦传动精度，对未来极大天文望远镜的研制有着重要的现实意义。本专利技术虽然是针对 极大天文望远镜提出的，但对其他领域超大直径圆盘类工件的加工也有借鉴作用。本专利技术 还涉及该方法所使用的设备。具体地说，本专利技术要解决的技术问题是30米口径的极大天文望远镜，如果采用 摩擦传动，其从动摩擦盘直径在30米左右。从加工、运输、现场安装、调试、日后维修等方面 考虑，用整体结构不太现实。因此，采用分体结构，30米直径的超大直径摩擦盘在现场由若 干模块拼接而成。这些模块可在常规的数控铣床上加工，加工完成后到现场进行拼接形成 30米直径的大圆盘。但是拼接后的大圆盘并不能满足天文望远镜摩擦传动的要求。主要原 因在于① 铣削加工的表面粗糙度有限，一般达不到0. 8微米的要求。②在铣削圆环形模块工件时，铣床的传动系统需要回头走刀，由于机床传 动系统的间隙，在加工表面上会留下一道横杠。拼接后的30米直径摩擦盘，每一个模块的 中间都有一道横杠，在望远镜运行中，当小摩擦轮滚过此处时会发生突跳，影响传动精度。③整个摩擦盘是由若干模块拼接而成的，在相邻两个模块的接缝处，虽然 有调整机构进行调整，但两个模块的共面性(共圆性)还是存在误差。当小摩擦轮经过接缝 时，也会发生突跳。④拼接模块的厚度在100毫米左右，在铣削加工时，由于铣刀及其刀杆的 刚度有限，会产生不同程度的让刀，加工后的外表面是锥面，且各个模块的圆锥还不一致。 这样，拼接后会影响小摩擦轮和大摩擦盘的接合质量，从而影响摩擦传动精度。⑤为了提高摩擦盘的耐磨性，摩擦盘拼接模块的材料通常为40Cr或轴承 钢，并且热处理硬度值在50度左右。考虑到现场局部淬火的局限性和局部淬火的质量，一 般淬火或调质工艺放在模块铣削加工前完成。这样，在铣削加工时，即使使用合金铣刀，铣 刀也会有不同程度的崩口，进而在模块的加工表面留下刻痕。影响摩擦传动副的接合质量 和传动精度。为了解决上面的问题，本专利技术专利提出了现场磨削的加工技术，并提出了一套光 学检测系统，借助于测微准直望远镜，保证磨削砂轮母线与被加工摩擦盘旋转轴线平行，这 样，加工后的摩擦盘外圆表面是圆柱面，而不是圆锥面或双曲面。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种极大望远镜摩擦传动超大直径摩擦盘的现 场磨削加工方法，其特征在于，步骤如下拼接后的超大直径摩擦盘通过支撑轴承定位在方位底座上；摩擦盘下面安装驱动电机，通过联轴节驱动摩擦盘绕自身轴系旋转；砂轮固定于砂轮主轴，砂轮主轴两头通过消隙轴承定位于砂轮架； ⑷对砂轮主轴进行静平衡处理；(5)砂轮架通过定位导向凸台与基准柱上的定位槽配合，固定于基准柱上；(6)在磨削加工前，利用光学检测系统将砂轮主轴与超大直径摩擦盘旋转轴调成平行；(7)砂轮主轴由砂轮驱动电机通过联轴节驱动，对超大直径摩擦盘进行现场磨削加工；(8)砂轮磨削加工一段时间后，为了恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状，用金刚 石笔对砂轮进行修整；(9)反复重复步骤⑵和步骤(8)，至达到设计要求。更优化地说，上述步骤(5)中的砂轮架，是通过定位导向凸台与基准柱上的定位槽 配合，固定于基准柱上；上述步骤(6)的具体操作方法是测微准直望远镜同轴安装在待磨削加工的摩擦盘上，且测微准直望远镜的光轴与摩擦 盘自身旋转轴垂直；将测微准直望远镜镜筒在水平面内调到合适的位置，并锁定； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极大望远镜摩擦传动超大直径摩擦盘的现场磨削加工方法，其特征在于，步骤如下：　（１）拼接后的超大直径摩擦盘通过支撑轴承定位在方位底座上；　（２）摩擦盘下面安装驱动电机，通过联轴节驱动摩擦盘绕自身轴系旋转；　（３）砂轮固定于砂轮主轴，砂轮主轴两头通过消隙轴承定位于砂轮架；（４）对砂轮主轴进行静平衡处理；（５）砂轮架通过定位导向凸台与基准柱上的定位槽配合，固定于基准柱上；（６）在磨削加工前，利用光学检测系统将砂轮主轴与超大直径摩擦盘旋转轴调成平行；（７）砂轮主轴由砂轮驱动电机通过联轴节驱动，对超大直径摩擦盘进行现场磨削加工；　（８）砂轮磨削加工一段时间后，为了恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状，用金刚石笔对砂轮进行修整；（９）反复重复步骤（７）和步骤（８），至达到设计要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国民，张坤，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]