[实用新型]基于Hilbert-Peano分形路径的研磨加工机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及研磨技术领域，尤其是一种研磨加工机构。 

背景技术

研磨抛光是超精密加工的重要手段，精密光学、机械、电子系统中所用的先进陶瓷或光学玻璃元件通常需要非常高的形状精度和表面精度及较小的加工变质层。工件的表面质量尤其是研磨均匀性是判断研磨加工优劣的重要标准，而研磨均匀性以研磨轨迹均匀性为其主要表现形式，因此研磨轨迹与研磨加工质量的高低存在必然联系。 

研磨轨迹即研磨时工件在研磨盘表面运动的路线，取决于加工设备和运动参数。目前研磨加工有单面、双面平面研磨抛光.其中单面研磨抛光包括双轴式、直线式、轨道式、计算机控制小工具式等机构驱动形式。主要有主动驱动、被动驱动、复合摆动等这几种主流研磨加工驱动方式。 

发明内容

为了克服已有研磨加工机构的均匀性较差、精度较低的不足，本实用新型提供一种均匀性良好、精度较高的基于Hilbert-Peano分形路径的研磨加工机构。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于Hilbert-Peano分形路径的研磨加工机构，包括研磨机架、两个X轴方向导轨滑块结构、Y轴方向导轨滑块结构、Z轴方向导轨滑块结构和研磨主轴结构； 

所述X轴方向导轨滑块结构包括X向滑轨和X向滑块，所述X 向滑块可滑动的安装在所述X向滑轨上，两个X向滑轨并排布置，且所述两个X向滑轨固定在研磨机架上； 

所述Y轴方向导轨滑块结构包括Y向滑轨和Y向滑块，所述Y向滑块可滑动的安装在所述Y向滑轨上，所述Y向滑块与用于带动所述Y向滑块滑动的Y向驱动装置连接； 

所述Y向滑轨的两端固定在所述X向滑块上，所述Y向滑轨与用于带动Y向滑轨沿着X向滑动的X向驱动装置连接； 

所述Z轴方向导轨滑块结构包括Z向滑轨和Z向滑块，所述Z向滑块可滑动的安装在所述Z向滑轨上，所述Z向滑轨安装在所述Y向滑块上，所述Z向滑块与用于带动所述Z向滑块滑动的Z向驱动装置连接； 

所述Z向滑块上安装Z向驱动电机，所述Z向驱动电机的输出轴与所述研磨主轴结构固定连接； 

所述X向驱动装置和Y向驱动装置均与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路包括用以控制X轴方向和Y轴方向按照Hilbert-Peano分形路径运动的轨迹控制模块。 

进一步，所述研磨主轴结构包括主轴、小盘和定盘，所述小盘连接所述主轴，用四个螺钉和弹簧将定盘与小盘连接，在定盘下方有两个半圆卡固定于小盘的外圈，其中有四个对侧结构分布的压电传感器位于定盘与半圆卡之间。 

所述X向驱动装置包括齿轮齿条结构和X向驱动电机，所述齿轮齿条结构包括齿条和齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，所述X向驱动电机的输出轴上安装所述齿轮，所述齿条与所述Y向导轨固定连接。 

所述Z向驱动装置为手动升降调节机构。 

本实用新型的技术构思为：根据研磨轨迹的均匀分布、不重复、方向多变、大小均等、易于实现等要求，提出一种基于Hilbert-Peano分形路径的新型研磨加工机构。 

意大利的数学家Peano在1890年构造出一种奇怪的平面曲线，它能经过平面上某一正方形区域内所有的点，接着德国数学家Hilbert在1891年也构造出一种类型相同但比较简单的曲线，这种曲线被称为Hilbert-Peano曲线，如图1(a)所示。理论上分形维数为1的曲线是不可能规则地铺满平面的，必然存在交叉点或空隙，而分形维数为2的分形曲线具有这样的优势，能够通过某个正方形的所有点（也就是能够充满整个平面）。 

根据分形曲线特性，通过分形路径驱动与主动驱动、摆动驱动方式的研磨轨迹仿真对比，发现分形路径轨迹相对分布较均匀，曲线的交叉率较小，重复率也较低。由此提出一种基于Hilbert-Peano曲线的分形路径研磨加工机构。 

根据研磨轨迹均匀性要求，在主动驱动、摆动驱动等研磨加工机构的基础上，提出一种更为复杂的研磨轨迹驱动方式。此种驱动方式结合了分形理论及其维度特点，选择一种较为简单的Hilbert-Peano分形路径运动于研磨加工路径而设计一种针对研磨抛光的分形路径研磨加工机构。