[发明专利]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

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种加工工艺，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；本发明还涉及该方法所使用的设备。 

背景技术

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，本发明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。  

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明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。本发明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。本发明还涉及该方法所使用的设备。

具体地说，本发明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：