[发明专利]多运动自由度的气囊柔性研抛工具

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

发明内容

为解决上述问题，本发明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，本发明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为本发明提供的研磨工序的装置图

图2为本发明提供的抛光工序的装置图

图3为本发明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为本发明提供的整体装置图