三自由度球体自转式研抛装置

摘要

三自由度球体自转式研抛装置，涉及研磨与抛光加工。设有机架、电机、球体工具、摩擦齿盘、定位球和抛光垫；所述机架上端安装有3个周向均匀分布的电机，各电机轴上装有摩擦齿盘，3个电机轴的轴线两两垂直，机架下端安装有3个周向均匀分布的定位球，球体工具设在摩擦齿盘与定位球之间，抛光垫安装在球体工具的表面上，球体工具与摩擦齿盘的接触点和球体球心的连线相交且垂直于相应的电机轴轴线。可以定位和驱动球体工具，实现球体工具的360°自由旋转，具有空间全部三个旋转自由度。利用球体工具实现研抛加工，可以获得更好的加工表面，避免规则加工痕迹的产生并减少表面中频误差，同时更容易使工具表面磨损处处均一，延长工具使用寿命。

权利要求

1.三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于设有机架、电机、球体工具、摩擦齿盘、定位球和抛光垫；所述机架上端安装有3个周向均匀分布的电机，各电机轴上装有摩擦齿盘，3个电机轴的轴线两两垂直，机架下端安装有3个周向均匀分布的定位球，球体工具设在摩擦齿盘与定位球之间，抛光垫安装在球体工具的表面上，球体工具与摩擦齿盘的接触点和球体工具球心的连线相交且垂直于相应的电机轴轴线。

2.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述3个周向均匀分布的电机驱动其电机轴上的摩擦齿盘旋转，带动球体工具自转。

3.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述摩擦齿盘由轮毂和轴承组成，轮毂与电机轴之间为键连接，若干个轴承沿轮毂圆周方向均匀安装在轮毂上，轴承旋转方向和轮毂旋转方向互相垂直，适应球体工具的三自由度旋转。

4.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述摩擦齿盘用全向轮代替。

5.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述两两垂直的电机轴轴线旋转对称，旋转对称轴为通过球体工具球心的竖直线，旋转角为120°。

6.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述定位球采用标准球。

7.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述球体工具为实心橡胶球，实心橡胶球表面覆盖上一层抛光垫或砂纸，配合磨削液实现研抛加工，或在球体工具附着磨粒实现加工。

8.如权利要求1所述三自由度球体自转式研抛装置，其特征在于所述电机驱动摩擦齿盘旋转进而带动球体工具自转，3个电机带动的球体工具自转运动的回转轴两两垂直，使得球体工具具有空间全部三个旋转自由度。

说明书

三自由度球体自转式研抛装置

技术领域

[0001] 本发明涉及研磨与抛光加工，尤其是涉及三自由度球体自转式研抛装置。

背景技术

[0002] 研磨抛光加工中，工具的形状大多具有良好的轴对称性，如平形砂轮、筒形砂轮、碗形砂轮、碟形砂轮，使其能在高速旋转中保持稳定。这类工具的端面轮廓为圆形，从厚度方向达到圆心，进而实现工具的定位和驱动。从二维到三维，从圆形到球体，球心更难达到，球体工具的定位和驱动问题一直是难题。目前已有在空心球壳内部设置定位和驱动装置的设想，中国专利CN2222631公开一种球体万向驱动装置，球壳可拆卸组装，定位和驱动装置完全包裹在球面内，由于缺少固定机架，这种方案的控制精度和刚性很差。对于封闭实心球体工具，在球心不可达的条件下，如何定位和驱动球体工具进行360°自由旋转的难题仍有待解决。

[0003] 另一方面，无规则、平整均一的表面加工痕迹是最理想的研抛痕迹，圆形端面的加工工具容易形成同心圆结构的有规则痕迹，虽然可以通过一些特别的运动方式造成类均一的加工痕迹，但是并没有从根本上解决这个问题。球体作为一种三维对称体，表面处处相同，三自由度自由旋转的球体工具不会造成规则痕迹。

[0004] 综上，为了获取更好的表面研抛痕迹，获取更佳的研抛加工效果，同时解决球体工具的定位和驱动困难问题，需要开发一种三自由度球体自转式研抛方法及装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供三自由度球体自转式研抛装置。

[0006] 本发明设有机架、电机、球体工具、摩擦齿盘、定位球和抛光垫；所述机架上端安装有3个周向均匀分布的电机，各电机轴上装有摩擦齿盘，3个电机轴的轴线两两垂直，机架下端安装有3个周向均匀分布的定位球，球体工具设在摩擦齿盘与定位球之间，抛光垫安装在球体工具的表面上，球体工具与摩擦齿盘的接触点和球体球心的连线相交且垂直于相应的电机轴轴线。

[0007] 所述3个周向均匀分布的电机驱动其电机轴上的摩擦齿盘旋转，进而带动球体工具自转。抛光垫压迫工件用于配合磨削液实现抛光加工。

[0008] 所述摩擦齿盘可由轮毂和轴承组成，轮毂与电机轴之间为键连接，若干个轴承沿轮毂圆周方向均匀安装在轮毂上，轴承旋转方向和轮毂旋转方向互相垂直，适应球体工具的三自由度旋转。所述摩擦齿盘也可以用全向轮代替。

[0009] 所述两两垂直的电机轴轴线旋转对称，旋转对称轴为通过球体工具球心的竖直线，旋转角为120°。

[0010] 所述定位球可采用标准球。

[0011] 所述球体工具可为实心橡胶球，实心橡胶球表面可覆盖上一层抛光垫或砂纸，配合磨削液实现研抛加工，也可以在球体工具上附着磨粒实现加工。

[0012] 所述电机驱动摩擦齿盘旋转进而带动球体工具自转，3个电机带动的球体工具自转运动的回转轴两两垂直，使得球体工具具有空间全部三个旋转自由度。球体工具实现对工件的研抛加工，定位球对球体工具起定位支撑作用，防止其掉落。

[0013] 与现有技术比较，本发明具有以下突出优点：

[0014] 本发明可以定位和驱动球体工具，实现球体工具的360°自由旋转，具有空间全部三个旋转自由度。利用球体工具实现研抛加工，可以获得更好的加工表面，避免规则加工痕迹的产生并减少表面中频误差，同时更容易使工具表面磨损处处均一，延长工具使用寿命。

附图说明

[0015] 图1为本发明实施例的整体结构示意图。

[0016] 图2为本发明实施例中摩擦齿盘的结构示意图。

[0017] 图3为本发明实施例中装置上半部分的几何位置关系示意图。

[0018] 图4为本发明实施例中装置下半部分的几何位置关系示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0020] 参见图1，本发明实施例设有机架1，在机架1上端安装有3个周向均匀分布的电机2，各电机轴上装有摩擦齿盘4。机架1下端安装有3个周向均匀分布的定位球5。球体工具3为实心橡胶球，球体工具3设在摩擦齿盘4与定位球5之间，抛光垫6安装在球体工具3的表面上。各电机2驱动其电机轴上的摩擦齿盘4旋转，进而带动球体工具3自转。机架1下压，抛光垫6压迫工件7，可配合磨削液实现抛光加工。

[0021] 参见图2，摩擦齿盘4由轮毂8和轴承9组成，轮毂8与电机轴之间为键连接，若干个轴承9沿轮毂8圆周方向均匀安装在轮毂8上。轴承9旋转方向和轮毂8旋转方向互相垂直，适应球体工具3的三自由度旋转。

[0022] 参见图3，各部件间的几何位置关系如下：两两垂直的电机轴轴线cd、ef、gh旋转对称，旋转对称轴为通过球体工具3球心的竖直线ab，旋转角为120°，此例中各电机轴轴线cd、ef、gh与旋转对称轴轴线ab均成54.74°。若将摩擦齿盘4对球体工具3的作用简化为一个球面上的垂直球半径方向的切向力，则切向力的作用点与球心的连线应相交垂直于该摩擦齿盘4对应的电机轴轴线。在这样的几何位置关系下，每个电机2所造成的球体工具3的自转运动互相垂直，对应空间中立体的三个旋转自由度，实现球体工具3的360°自由旋转。

[0023] 参见图4，3个定位球5安装在机架1下端，三者的球心位于同一水平面上且在同一圆周上。定位球5为标准球，对球体工具3起定位支撑作用，防止其掉落。

[0024] 本发明实现了球体工具的三自由度自由旋转，适用于无规则表面痕迹的研抛加工。