專利名稱：斜交軸組合球形研磨拋光工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精密曲面加工技術領域，特別涉及一種曲面數(shù)控研磨拋光的組合工具。
光學加工中，研磨拋光的方法及機構(gòu)的改變對光學透鏡的精度和質(zhì)量有著重要的影響。自由曲面光學透鏡由于其面形復雜，一直是光學加工領域中的一大難題。最初，是用傳統(tǒng)的手工局部修磨拋光法加工自由曲面透鏡，但其勞動強度大、生產(chǎn)率低，不適于批量生產(chǎn)。直到本世紀60年代初，才開始研究用數(shù)控方法對其進行加工。目前，自由曲面數(shù)控研磨拋光所用的工具主要以小型盤形工具為主，主要包括以下幾種結(jié)構(gòu)第一是最簡單的盤形工具，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示，由平面圓盤工具頭11和中心盤軸12組成。第二種是日本KRP-2200型超精密拋光機使用的萬向拋光工具，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由小型平面圓盤工具頭21，可伸縮的中心盤軸22和連接圓盤與盤軸的萬向接頭23組成。這種結(jié)構(gòu)比第一種有利于加工曲面工件24。但是這兩種工具，盤心為工作點時的線速度為零，不利于數(shù)控加工。70年代，美國學者Robert.A.Jones等人研制出具有三軸行星運動機構(gòu)的小型工具，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，該機構(gòu)中，副軸322繞主軸321回轉(zhuǎn)，盤軸323自轉(zhuǎn)的同時繞副軸322回轉(zhuǎn)，從而構(gòu)成了副軸322繞主軸321，盤軸323繞副軸322的雙重行星運動機構(gòu)，圖中的盤軸323可換為四根或一根，但工具頭311、312、313仍為平面圓盤?；谶@種三軸行星運動機構(gòu)，又出現(xiàn)了不少派生工具，日本川井誠一等人提出的一種雙軸偏心距可變型小型工具，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，由平盤工具頭41、中心盤軸422和主軸421構(gòu)成。其偏心距e可視不同加工要求進行調(diào)整。長春光機所的FSGJ-1型非球面自動加工機床也采用這樣的研磨拋光工具。這些工具采用自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以提高中心工作點相對運動線速度并不斷改變加工表面紋路方向，在計算機控制光學拋光中得到較多的應用。但是，這些工具形成的都是平盤形研磨拋光工具表面，很難在精確的意義上符合曲面加工的數(shù)控原理，而曲面的數(shù)控加工，理想的工具形狀應當是球形。特別是高精度光學曲面研磨拋光，使用合理的球形工具，形成精確的數(shù)控加工，則對最后保證光學曲面精度和表面質(zhì)量極為重要。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種球形研磨拋光工具，使其更加符合曲面數(shù)控加工原理，可加工各種型面的自由曲面，且容易改變拋光速率和拋光表面質(zhì)量，因而可獲得較高的拋光速率和較低的表面粗糙度。
本發(fā)明提出一種斜交軸組合球形曲面研磨拋光工具，其特征是，工具頭的表面為球面的一部分，其球心位于主軸和與主軸斜交的盤軸的交點，工具頭在繞斜交軸自轉(zhuǎn)的同時，繞主軸公轉(zhuǎn)，組合運動形成斜交軸行星運動機構(gòu)，二軸之間的斜交角φ為5°≤φ≤90°，球心半角ψ大于斜交角φ；所說的斜交軸行星運動機構(gòu)中還可設置斜交角調(diào)節(jié)裝置，所說的工具頭組合運動形成的球面最大誤差可為球半徑的1/4。
本發(fā)明斜交軸組合球形研磨拋光工具結(jié)構(gòu)及工作原理如圖5所示。工具頭1的表面為半徑為R的球面的一部分，其球心位于主軸2和與主軸斜交的盤軸3的交點0。二軸之間的斜交角φ在如下范圍內(nèi)選取或可調(diào)5°≤φ≤90°，球心半角ψ大于斜交角φ。工具頭在繞交軸自轉(zhuǎn)的同時，繞主軸公轉(zhuǎn)，組合運動形成一個半徑為R的球形工具。主軸和斜交軸可分別由主電機和副電機驅(qū)動，也可通過傳動機構(gòu)由一個電機驅(qū)動。
這種斜交軸組合球形研磨拋光工具有二個特點其一、組合運動形成球形工具頭，符合自由曲面數(shù)控加工的要求，使得加工過程更加符合曲面成形原理。若適當改變工具頭球徑的大小，就可以加工各種型面的自由曲面。其二、采用斜交軸行星運動結(jié)構(gòu)，且斜交角φ可調(diào)。該結(jié)構(gòu)保證了加工中，球形工具與工件接觸的工作點有較高的線速度。只要選擇合適的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度及其速比，以及斜交角大小，就可以改變拋光線速度和拋光紋路，從而改變拋光速率和拋光表面質(zhì)量，優(yōu)化選擇這些參數(shù)，就能同時得到較高的拋光速率和較低的表面粗糙度，從而在一定程度上解決了提高拋光速率和降低表面粗糙度之間的矛盾。
附圖簡要說明圖1為已有技術簡單盤形工具示意圖。
圖2為已有技術自仿形萬向拋光工具示意圖。
圖3為已有技術三軸行星小型拋光工具示意圖。
圖4為已有技術雙軸偏心距可變型小型拋光工具示意圖。
圖5為本發(fā)明斜交軸組合球形研磨拋光工具示意圖。
本發(fā)明設計出一種斜交軸組合球形研磨拋光工具實施例，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，結(jié)合附圖詳細描述如下本實施例由表面為球形的工具頭51，球半徑R為80毫米，主軸521與盤軸522的斜交角φ為10°，球心半角ψ為15°，主軸與盤軸的速比為1∶5，主軸轉(zhuǎn)速為450rpm。本實用新型適用研磨拋光尺寸為180mm×160mm的自由曲面光學透鏡。
權利要求
1.一種斜交軸組合球形曲面研磨拋光工具，包括主軸、盤軸及工具頭，其特征是，所說的工具頭的表面為球面的一部分，其球心位于所說的主軸和與主軸斜交的盤軸的交點，所說的工具頭在繞斜交盤軸自轉(zhuǎn)的同時，繞主軸公轉(zhuǎn)，組合運動形成斜交軸行星運動機構(gòu)，二軸之間的斜交角φ為5°≤φ≤90°，球心半角φ大于斜交角ψ。
2.如權利要求1所述的曲面研磨拋光工具，所說的斜交軸行星運動機構(gòu)中設置有斜交角調(diào)節(jié)裝置。
3.如權利要求1所述的曲面研磨拋光工具，其特征是所說的工具頭組合運動形成的球面最大誤差為球半徑的1/4。
全文摘要
本發(fā)明屬精密曲面加工技術領域。本發(fā)明采用斜交軸行星運動機構(gòu)。工具頭的表面為球面的一部分,其球心位于主軸和斜交軸的交點。工具頭在繞斜交軸自轉(zhuǎn)的同時,繞主軸公轉(zhuǎn),二軸之間的斜交角為5°≤Φ≤90°。優(yōu)化選擇工具頭的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度及其速比,以及斜交角大小,就可以改變拋光線速度和拋光紋路,同時得到較高的拋光速率和較低的表面粗糙度,從而使得自由曲面研磨拋光更為簡便和有效。
文檔編號B24B11/00GK1194196SQ98101740
公開日1998年9月30日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權日1998年4月29日
發(fā)明者馮之敬, 成曄, 趙廣木, 陳作軍, 李全勝 申請人:清華大學