[发明专利]一种并联五轴光学镜面加工装备

说明书

本发明公布了一种并联五轴光学镜面加工装备，包括加工刀具单元、以及在光学镜面加工过程中为加工刀具提供所需路径、加工力和加工姿态的驱动机构，所述驱动机构包括动平台、静平台、五条UPS驱动支链以及一条UPU约束支链。工作时，五条UPS支链同时对刀具架驱动并通过UPU约束支链对Z方向的旋转运动进行约束，从而实现三个方向平动运动和两个方向上的转动运动。同时，由多传感器构成的运动检测与补偿系统可对运动过程量进行实时检测与补偿。本发明提出的并联型镜面加工装备具有刚度大，精度高，结构稳定，能够实现对大型光学镜面进行精密加工的要求。

技术领域

本发明涉及一种光学镜面加工设备，具体涉及一种并联五轴光学镜面加工装备，属于精密部件加工设备技术领域。

背景技术

随着现代军事和航天航空的快速发展以及先进制造技术的不断突破，越来越多的大型光学镜面得到了应用，精度要求也越来越高，然而，传统的手工修抛加工方法和机床辅助的人工修抛方法无论从加工精度还是加工效率方面已不能满足目前的应用需求。现有大型光学镜面加工装备多由一个或多个串联机械臂组成，而镜面加工过程对设备高刚度的要求使得机械臂往往比较笨重，同时由于串联机械臂本身定位精度低，因此需要反复重复“面形测量-研抛加工”的工序，严重影响工作效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种并联五轴光学镜面加工装备，整体设备刚度高，累计误差小，加工精度高，有效提高光学镜面加工效率。

为了解决上述问题，本发明一种并联五轴光学镜面加工装备，包括加工单元、大镜面支撑架单元以及镜面旋转固定单元，所述加工单元包括加工刀具单元、以及在光学镜面加工过程中为加工刀具提供所需路径、加工力和加工姿态的驱动机构；

所述驱动机构为并联驱动机构，包括静平台、五条UPS驱动支链、一条UPU约束支链和动平台，静平台的面积大于动平台，五条UPS驱动支链的上端均匀布置在静平台的边端，五条UPS驱动支链的下端均匀布置在动平台的边端，UPU约束支链的上下两端分别设在静平台和动平台的中心位置；

五条UPS驱动支链的结构完全相同，均包括伺服电机、驱动链轴承机构、滚珠丝杠副和球铰链，驱动链轴承机构包括驱动链轴承固定架和驱动链轴承，驱动链轴承固定架通过一对驱动链轴承安装在静平台的边端，滚珠丝杠副中的外壳两端具有连接轴，连接轴通过另一对驱动链轴承安装在驱动链轴承固定架上，伺服电机固定在滚珠丝杠副的顶端并与滚珠丝杠伸缩杆的上端相连，滚珠丝杠伸缩杆的下端通过连接头与球铰链相连，球铰链与动平台边端相连；

UPU约束支链包括虎克铰链、花键杆、约束支链轴承固定架、约束支链轴承、花键套筒和虎克铰链连接座，约束支链轴承固定架通过一对约束支链轴承安装在静平台的中心，花键套筒上部两端具有连接轴，连接轴通过另一对约束链轴承安装在约束支链轴承固定架上，花键杆配合安装在花键套筒内，花键杆的下端与虎克铰链相连，虎克铰链通过虎克铰链连接座安装在静平台的中心位置。

五条UPS驱动支链和UPU约束支链并联为加工刀具提供加工过程所需的路径，加工力以及加工姿态，五条UPS驱动支链均匀连接在静平台和动平台之间，伺服电机驱动滚珠丝杠副从而使滚珠丝杠伸缩杆伸缩，且其上端通过U型副与静平台相连，下端通过球铰链与动平台相连，通过五条UPS驱动支链的不同伸缩长度实现动平台空间不可控的六自由度运动，UPU约束支链布置在静平台和动平台中心位置，且在静平台上通过U型副连接，在动平台上通过虎克铰链连接，该支链不提供运动驱动，且该支链通过花键套筒和花键杆的组合结构约束动平台绕Z轴的旋转动作，从而整个并联驱动机构实现了刀具驱动机构X、Y、Z方向的直线运动和绕X、Y轴的旋转运动五个自由度的可控动作。这种采用五条UPS驱动支链和一条UPU约束支链并联的方式实现空间五自由度的运动，减少了串并联或者纯串联加工机床产生的累积误差，大大提高了装备加工精度；且这种并联形成的刀具加工驱动机构整体装备刚度高，机床承载力强。

上文中所提到U型副通过框架型轴承固定架以及两对轴承来实现，还可以采用万向节的连接形式实现支链两个方向的摆动。