[发明专利]一种多自由度气囊抛光工具

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种气囊抛光工具，尤其是涉及一种多自由度气囊抛光工具。

背景技术

气囊式抛光是一种新兴的抛光方法，尤其适合曲面的抛光。气囊抛光采用外表面粘贴抛光垫的充气球形柔性气囊作为抛光工具对曲面进行抛光，不仅可以保证抛光头与被抛光工件表面吻合性好，而且可以通过调节压力控制抛光效率和被抛光工件的表面质量。气囊抛光采用了一种类似陀螺的“进动”运动,抛光时气囊抛光头的自转轴与工件抛光点的法线成一固定角度。由此,抛光区域在不同的方向得到了均匀一致的抛光,不但获得了高斯型的去除函数,而且抛光的划痕也得到了平滑,因此有利于气囊抛光材料去除的数值优化和保证整个加工的质量,是一种具有发展潜力的非球曲面抛光方法。（参考文献：BINGHAM R G,WALKER D D,KIM D H.A Novel Automated Process for Aspheric Surfaces[C]//Proc.SPIE45^th Annual Meeting,the International Symposium on Optical Science and Technology,2000:445-448）。

在气囊进动抛光过程中，需要保证加工点局部法线与气囊抛光工具的自转轴成一固定角度，称为进动角，这涉及到空间中的旋转运动控制。一般地，空间中每个方向的旋转运动都需要通过一个电机来控制实现，由于自由曲面光学元件上各点法线在三维方向都不相同，因此在气囊进动抛光时就需要至少两个旋转电机实现气囊抛光工具自转轴空间位置的变化，这不仅增加了机床机械结构的复杂程度，也增大了机床的成本，同时增加控制算法复杂程度。

随着机械手等高精度复杂控制系统的发展，对于驱动机构精密度和稳定性能的要求日益提高。因为多自由度电机结构简单，运动灵活，驱动、控制迅速而协调，受到了国内外学者的广泛关注。稀土永磁体的多自由度电机，可以大大提高电机磁能积，有效提高电机的运行效率，减小电机的体积，提高电机的可控性。此外，稀土永磁类型的多自由度电机克服了异步电机固有的伺服特性相对较差的先天性缺点。Yusuf Oner提出了一种新型永磁多自由度电机模型，具有结构简单、可靠性高的特点。（参考文献：李争.一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计[J].机电与控制学报，2012，（07）:65-71.）

由于传统气囊抛光工具通过使用两个电机对气囊自转轴进行控制来实现进动抛光，不仅增加成本，而且提高控制算法的复杂度，针对以上情况。

本发明提出一种基于多自由度电机的气囊抛光工具，该气囊抛光工具在满足对各类光学元件气囊进动抛光的前提条件下，能够提高加工精度、简化控制算法、简化传统气囊抛光工具结构、降低机床成本。

发明内容

本发明的目的在于针对气囊进动抛光过程中，保证加工点局部法线与气囊抛光工具的自转轴成一固定角度的情况，提供一种多自由度气囊抛光工具。

本发明设有多自由度电机固定座、多自由度电机、联轴器、下端盖、胀紧套、锁紧套、弹性套、气囊、轴端连接头、箱体、上端盖、转轴、上端轴承、下端轴承、上端密封圈和下端密封圈；所述气囊套在轴端连接头上，通过弹性套和锁紧套使气囊固定，组成气囊抛光工具头，所述气囊抛光工具头通过胀紧套与转轴连接，转轴上套有上端轴承和下端轴承，上端轴承和下端轴承外圈通过箱体、上端盖和下端盖固定，上端盖、下端盖和箱体通过上端密封圈和下端密封圈进行密封；所述箱体上设有气孔，所述气孔外接气源；所述转轴通过联轴器与多自由度电机轴连接，多自由度电机固定在多自由度电机固定座上，该多自由度电机固定座外接机床。

本发明的设计思想是，采用多自由度电机控制取代传统的多个电机共同作用实现气囊抛光工具绕X、Y、Z三轴的旋转运动，使得气囊进动抛光过程中，加工点局部法线与气囊抛光工具的自转轴成一固定角度，满足气囊进动抛光加工条件。该气囊抛光工具在满足对各类光学元件气囊进动抛光加工的前提条件下，能够提高加工精度、简化控制算法、简化传统气囊抛光工具结构、降低机床成本。气囊抛光工具头可以根据加工需要进行更换，通过胀紧套连接可以更换多头气囊抛光工具头，从而得到不同的去除函数。