專利名稱：數控光纖透鏡微納米研磨拋光機的制作方法
技術領域：
本發明的技術屬于裝備制造技術領域的微納米制造范疇，它服務于光纖透鏡微制 造技術方向，特別涉及一種數控光纖透鏡微納米研磨拋光機。
背景技術：
光纖透鏡是光纖通訊領域的重要器件，主要用于光纖連接器、耦合器、傳感器、探 針的制造。它起到對光的傳導、聚焦、變向、分光、耦合、讀寫等作用。光纖透鏡的制造一直 是微制造技術領域的一個技術難題。主要由于尺寸微小、光纖具有柔性使得成型過程和成 型精度難以控制。因此，其制造方法與裝備的研究一直是本技術領域的難點問題。光纖透 鏡的制造方法主要有腐蝕法、熱熔法和研磨拋光法，其中研磨拋光法是光纖透鏡制造中經 濟實用和對各種成型適應性最強的方法。目前，市場上的光纖透鏡研磨拋光機主要沿用了 珠寶行業的手動研磨拋光方式，比較典型的拋光機是ULTRA TEC公司的臺式手動拋光機。該 機器的主拋光運動采用了圓盤回轉運動，各個運動軸采用了手動調節方式。由于光纖透鏡 的研磨與拋光是一個微制造過程，人為因素的調節更使得加工過程的精度難以控制，對于 曲面形狀的透鏡難以獲得連續成型，特別是單一回轉運動時軌跡單調和主運動的方向單一 性使得加工表面形狀精度下降，表面微觀紋理難以達到最佳狀態，而且視覺與運動控制的 分離也使得系統操控的可靠性降低。一般市場上的光纖透鏡研磨拋光機獲得的產品成品率 僅能達到60% 70%。因此，發明一種能夠解決上述技術問題的光纖透鏡研磨拋光技術裝 備是高效、可靠和高質量地制造出光纖透鏡的技術前提。本發明為一種微納米加工技術裝備，它對提高光纖透鏡的制造質量和效率有著現 實意義，對促進光纖通訊和傳感等行業的發展有著十分重要的意義，對豐富裝備制造技術 的內涵有著十分重要的作用。
發明內容
本發明的目的是針對由于光纖尺寸微小、具有柔性使成型過程和精度難以控制， 對于曲面形狀的透鏡難以獲得連續成型，表面微觀紋理難以達到最佳狀態，而提供的一種 能夠解決上述技術問題的數控光纖透鏡微納米研磨拋光技術裝備。采用的技術方案是數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，包括光纖透鏡研磨拋光盤 機構、研磨拋光盤修整機構、CCD識別與檢測系統、垂直進給機構、水平進給機構、自轉機構、 角度調整機構、光纖夾具、操作臺和床身。其技術要點在于光纖透鏡研磨拋光盤機構包括研磨拋光盤、柔性鉸鏈盤、支撐 環、外軸套、齒環軸、齒環帶輪、齒環、系桿軸、系桿帶輪、行星齒輪、和系桿偏心軸。光纖透鏡 研磨拋光盤安裝在柔性鉸鏈盤上，支撐環上端面開設有環槽，環槽內裝設有多個鋼球，將柔 性鉸鏈盤安裝于支撐環的上端面上，鋼球與柔性鉸鏈盤下表面接觸，保證平面導向作用。齒 環軸通過第一向心角接觸軸承、第二向心角接觸軸承安裝在外軸套上。系桿軸通過第一向 心球軸承、第二向心球軸承安裝在齒環軸上，行星齒輪通過第三向心球軸承、第四向心球軸承安裝在系桿偏心軸處，系桿偏心軸與系桿軸為一整體結構，行星齒輪固定在柔性鉸鏈盤 下表面，光纖透鏡研磨拋光盤機構通過床身上的安裝孔安裝在床身上。上述齒環軸和系桿軸的運動由兩個電機帶動，一個電機驅動齒環帶輪帶動齒環軸 轉動，齒環軸帶動齒環轉動；另一個電機驅動系桿帶輪帶動系桿軸轉動，系桿軸帶動行星齒 輪轉動，形成雙軸行星式復合運動。兩個電機的功率均為25kw，系桿軸和齒環軸調速范圍在 5 120rpm，齒環轉速Ii1 = 0. 5 lOrpm，系桿偏心E = 9_。研磨拋光盤直徑Φ 125mm,端 面跳動不大于0. 002mm，調整轉速范圍5 125rpm。光纖透鏡輪廓誤差彡1 μ m。研磨拋光盤修整機構包括垂直導向機構、橫梁和垂直安裝桿。垂直導向機構包括 金剛石修整塊、千分尺、上橫梁、下橫梁、第一導向軸、第二導向軸、第一彈簧、第二彈簧、第 一直線軸承和第二直線軸承。千分尺通過上橫梁的安裝孔安裝，使千分尺的下端與上橫梁 的上表面接觸。第一直線軸承、第二直線軸承安裝在橫梁上，上橫梁和下橫梁分別通過第一 導向軸、第二導向軸連接，第一彈簧、第二彈簧分別同軸安裝在第一導向軸、第二導向軸上， 形成向下的修整力。第一導向軸、第二導向軸分別通過第一直線軸承、第二直線軸承支撐于 橫梁上。金剛石修整塊安裝在下橫梁下表面，垂直導向機構通過橫梁安裝在垂直安裝桿上， 垂直安裝桿安裝在床身上，與光纖透鏡研磨拋光盤機構配合工作的位置。修整時，調整好金剛石修整塊與研磨拋光盤上表面接觸，通過千分尺控制第一彈 簧、第二彈簧的變形，確定修整力進行修整，研磨拋光盤修整機構安裝在床身上與光纖透鏡 研磨拋光盤機構配合工作的位置。C⑶識別與檢測系統為已知產品，由放大鏡頭、(XD、圖像采集卡和光纖照明燈組 成。將CXD固定在滑塊上，通過絲杠螺母安裝在Z軸調整部件的滑臺上，通過絲杠螺母將Z 軸調整部件安裝在與Z軸調整部件相垂直的Y軸調整部件的滑臺上，再通過絲杠螺母將Y 軸調整部件安裝在與Y軸調整部件相垂直的X軸調整部件的滑臺上，X軸調整部件的安裝 端安裝在床身上與光纖透鏡研磨拋光盤機構配合工作的位置。上述三個調整部件通過相應的旋鈕旋轉帶動絲杠使滑臺在導軌導向下運動，上述 三個調整部件的方向和C⑶識別與檢測系統的軸線間相互保持位置精度不大于0. 02mm。通 過CCD識別與檢測系統可以直接觀察光纖研磨拋光過程的微壓力變形光纖透鏡的成型過 程與幾何尺寸，并能與各個運動軸間實現閉環控制與調節。絲杠螺距1. 2 1. 5mm。垂直進給機構包括Z軸步進電機、絲杠、直線導軌、Z軸進給工作臺和Z軸臺身，Z 軸臺身上安裝直線導軌與絲杠。將Z軸進給工作臺安裝于直線導軌上，Z軸進給工作臺通 過螺母與絲杠螺紋連接，使Z軸進給工作臺與直線導軌滑動配合，Z軸進給工作臺沿Z軸運 動。將Z軸步進電機安裝在直線導軌上端。由Z軸步進電機通過聯軸節驅動絲杠旋轉，絲杠通過螺母副的運動驅動Z軸進給 工作臺沿著直線導軌實現垂直進給和負載運動。Z軸進給工作臺帶動角度調整機構和自轉 機構實現光纖與研磨拋光盤的盤面垂直運動。垂直進給機構、角度調整機構和自轉機構可 獨立控制運動，也可實現二維和三維插補運動，完成斜面、楔面、錐面、冷面和球面的研磨與 拋光成形運動，以實現各種型面透鏡的加工要求。ζ軸進給工作臺的最大行程為200mm，重 復定位精度不大于0. 001mm，進給分辨率0. 001mm。直線導軌的安裝地面的垂直度不大于 0. 005mm，運動的重復定位誤差不大于0. 001mm。水平進給機構包括X軸進給工作臺、直線導軌和絲杠。直線導軌和絲杠通過第一支座、第二支座安裝在床身上，X軸進給工作臺安裝于直線導軌上，通過螺母與絲杠螺紋連 接。Z軸進給機構的Z軸臺身，安裝在X軸進給工作臺上。通過手動調節絲杠驅動X軸進給工作臺沿直線導軌滑動配合，X軸進給工作臺沿 X軸運動。帶動垂直進給機構、角度調整機構和自轉機構運動，使得光纖研磨拋光端與研磨 拋光盤在徑向保持一個恰當的工作位置。X軸進給工作臺最大行程為100mm。自轉機構包括D軸步進電機和D軸回轉部件。角度調整機構包括B軸步進電機和 B軸回轉部件。D軸步進電機的輸出端與D軸回轉部件的輸入端連接，自轉機構的連接端通 過連接板安裝在基板上。B軸步進電機的輸出端與B軸回轉部件的輸入端連接。將角度調 整機構通過角度調整機構的連接端安裝在基板的反面上。配重安裝在基板的反向端上，卷 軸安裝在自轉機構的另一端上，用于解決光纖拋光時長光纖旋轉的纏繞問題。基板與Z軸 進給工作臺連接。D軸回轉部件在D軸步進電機的驅動下通過減速比為1 110蝸輪蝸桿機構減速 輸出，B軸回轉部件在B軸步進電機的驅動下通過減速比為1 110的蝸輪蝸桿機構減速輸 出。D軸回轉部件的角度范圍0 360度，且能連續回轉，B軸回轉部件的角度范圍0 110 度，相應的進給電機分辨率為0. 001度。D軸回轉部件和B軸回轉部件重復定位精度0. 01度。光纖夾具包括第一鉗口、第二鉗口，第一位置調整螺釘、第二位置調整螺釘，調整 旋鈕，夾緊調整芯軸。第一鉗口、第二鉗口是兩個柔性鉸鏈，位于光纖夾具右端。在第一鉗 口、第二鉗口的固定端的第一安裝孔、第二安裝孔內，安裝第一位置調整螺釘、第二位置調 整螺釘，在上述兩個位置調整螺釘間設有鋼球室，安裝第一鋼球、第二鋼球，上述兩個鋼球 分別與兩個位置調整螺釘接觸，兩個鋼球之間設有供光纖通過的通道。調整旋鈕內有供光 纖通過的通道，調整旋鈕內設有夾緊調整芯軸，夾緊調整芯軸的前端設有推桿。推桿前端 對稱設有第一球面凹槽，第二球面凹槽，分別與第一鋼球、第二鋼球接觸。光纖夾具的左端 設有與自轉機構輸出端螺紋連接的錐面。光纖纏繞于卷軸上，光纖通過自轉機構的光纖通 道，從光纖夾具的插孔進入光纖夾具，通過調整旋鈕內的插孔、位置調整芯軸內的插孔、鋼 球室，從第一鉗口、第二鉗口之間伸出。旋轉調節旋鈕，通過螺紋驅動夾緊調整芯軸向前移動，夾緊調整芯軸的前端推桿 上的的第一球面凹槽，第二球面凹槽，分別推動第一鋼球、第二鋼球作用在第一微調整螺 釘、第二微調整螺釘上，使得兩個柔性鉸鏈發生形變，上述形變調整第一鉗口、第二鉗口相 對回轉中心的對稱度，對光纖進行夾緊。加工完成后，向反方向旋轉調整旋鈕可使第一鉗 口、第二鉗口松開，取出光纖。光纖直徑Φ 125 μ m，兩鉗口內末變形孔為Φ 0.25mm。光纖夾 具回轉轉速n2 = 0 50rpm，總功率不大于0. 5kw，錐度調節α =0 95°，周向調節角度 β = 0 360°。本發明在工業控制機的統一控制管理下工作，工業控制機通過數控卡、運動控制 器控制各軸的運動，同時通過圖像采集卡獲得圖像數據，了解光纖位移與變形，幾何輪廓及 進度，通過計算獲得施加的研磨拋光力，同時反饋到運動軸進行加工位置調整，操作臺包括 顯示器和控制按鈕，操作臺通過安裝桿安裝在床身上。本發明的優點在于雙軸行星式復合運動形成一個復雜的研磨拋光盤運動，解決 了傳統的研磨與拋光技術裝備中工件與拋光盤分離傳動方式和單一研磨拋光盤旋轉方式的不足，使得加工非回轉型面透鏡制造時獲得最佳軌跡，采用環狀球支撐和柔性鉸鏈與研 磨拋光盤連接解決復合傳動時研磨拋光盤機構主軸端面跳動產生的誤差累計問題，對提高 光纖透鏡的制造質量和效率有著現實意義，對促進光纖通訊和傳感等行業的發展有著十分 重要的意義，對豐富裝備制造技術的內涵有著十分重要的作用。
圖1為數控光纖透鏡微納米研磨拋光機機構布局圖。圖2為光纖透鏡微納米研磨拋光盤機構結構圖。圖3為自轉機構與機構角度調整機構結構圖。圖4為垂直進給軸工作臺機構結構圖。圖5為光纖夾具結構圖。圖6為CXD識別與檢測系統及調整部件結構圖。圖7為研磨拋光盤修整機構結構圖。
具體實施例方式數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，包括光纖透鏡研磨拋光盤機構、研磨拋光盤修 整機構、CXD識別與檢測系統44、垂直進給機構、水平進給機構、自轉機構、角度調整機構、 光纖夾具34、操作臺1和床身2。光纖透鏡研磨拋光盤機構包括研磨拋光盤4、柔性鉸鏈盤5、支撐環6、外軸套7、齒 環軸8、齒環帶輪9、齒環10、系桿軸11、系桿帶輪12、行星齒輪13和系桿偏心軸69。光纖 透鏡研磨拋光盤4安裝在柔性鉸鏈盤5上，支撐環6上端面開設有環槽，環槽內裝設有多個 鋼球，將柔性鉸鏈盤5安裝于支撐環6的上端面上，鋼球與柔性鉸鏈盤5下表面接觸，保證 平面導向作用。齒環軸8通過第一向心角接觸軸承14、第二向心角接觸軸承15安裝在外軸 套7上。系桿軸11通過第一向心球軸承16、第二向心球軸承17安裝在齒環軸8上，行星齒 輪13通過第三向心球軸承58、第四向心球軸承70安裝在系桿偏心軸69處，系桿偏心軸69 與系桿軸11為一整體結構，行星齒輪13固定在柔性鉸鏈盤5下表面，光纖透鏡研磨拋光盤 機構通過床身2上的安裝孔18安裝在床身上。上述齒環軸8和系桿軸11的運動由兩個直流調速電機帶動，一個直流調速電機驅 動齒環帶輪9帶動齒環軸8轉動，齒環軸8帶動齒環10轉動；另一個直流調速電機驅動系 桿帶輪12帶動系桿軸11軸轉動，系桿軸11帶動行星齒輪13轉動，形成雙軸行星式復合運 動。兩個直流調速電機的功率均為25kw，系桿軸11和齒環軸8調速范圍在5 120rpm，齒 環轉速Ii1 = 0. 5 lOrpm，系桿偏心E = 9mm。研磨拋光盤1直徑Φ 125mm,端面跳動不大 于0. 002mm，調整轉速范圍5 125rpm。光纖透鏡輪廓誤差彡1 μ m。研磨拋光盤修整機構包括垂直導向機構、橫梁25和垂直安裝桿19。垂直導向機 構包括金剛石修整塊23、千分尺20、上橫梁26、下橫梁27，第一導向軸67、第二導向軸68、 第一彈簧28、第二彈簧29、第一直線軸承21和第二直線軸承22。千分尺20通過上橫梁26 的安裝孔75安裝，使千分尺20的下端與上橫梁26的上表面接觸。第一直線軸承21、第二 直線軸承22安裝在橫梁25上，上橫梁26和下橫梁27分別通過第一導向軸67、第二導向軸 68連接，第一彈簧28、第二彈簧29分別同軸安裝在第一導向軸67、第二導向軸68上，形成向下的修整力。第一導向軸67、第二導向軸68分別通過第一直線軸承21、第二直線軸承22 支撐于橫梁25上。金剛石修整塊23安裝在下橫梁27下表面，垂直導向機構通過橫梁25 安裝在垂直安裝桿19上，垂直安裝桿19安裝在床身2上。修整時，調整好金剛石修整塊23 與研磨拋光盤4上表面接觸，通過千分尺20控制第一彈簧28、第二彈簧29的變形，確定修 整力進行修整，研磨拋光盤修整機構安裝在床身2上與光纖透鏡研磨拋光盤機構配合工作 的位置。CXD識別與檢測系統為已知產品，由放大鏡頭、(XD44、圖像采集卡和光纖照明燈組 成。將(XD44固定在滑塊24上，通過絲杠螺母安裝在Z軸調整部件31的滑臺上，通過絲杠 螺母將Z軸調整部件31安裝在與Z軸調整部件31相垂直的Y軸調整部件32的滑臺上，再 通過絲杠螺母將Y軸調整部件32安裝在與Y軸調整部件32相垂直的X軸調整部件33的 滑臺上，X軸調整部件33的安裝端52安裝在床身2上與光纖透鏡研磨拋光盤機構配合工 作的位置。上述三個調整部件通過相應的旋鈕旋轉帶動絲杠使滑臺在燕尾形導軌導向下運 動，上述三個調整部件的方向和CCD識別與檢測系統的軸線間相互保持位置精度不大于
0.02mm。通過CXD識別與檢測系統可以直接觀察光纖研磨拋光過程的微壓力變形光纖透 鏡的成型過程與幾何尺寸，并能與各個運動軸間實現閉環控制與調節。絲杠螺距1.2
1.5mm。垂直進給機構包括Z軸步進電機59、絲杠61、直線導軌62、Z軸進給工作臺63和 Z軸臺身64，Z軸臺身64上安裝直線導軌62與絲杠61。將Z軸進給工作臺63安裝于直線 導軌62上，Z軸進給工作臺63通過螺母與絲杠61螺紋連接，使Z軸進給工作臺63與直線 導軌62滑動配合，Z軸進給工作臺63沿Z軸運動。將Z軸步進電機59安裝在直線導軌62 上端。由Z軸步進電機59通過聯軸節60驅動絲杠61旋轉，絲杠61通過螺母副的運動驅 動Z軸進給工作臺63沿著直線導軌62實現垂直進給和負載運動。Z軸進給工作臺63帶動 角度調整機構和自轉機構實現光纖48與研磨拋光盤4的盤面垂直運動。垂直進給機構、角 度調整機構和自轉機構可獨立控制運動，也可實現二維和三維插補運動，完成斜面、楔面、 錐面、冷面和球面的研磨與拋光成形運動，以實現各種型面透鏡的加工要求。Z軸進給工作 臺63的最大行程為200mm，重復定位精度不大于0. OOlmm,進給分辨率0. 001mm。直線導軌 62的安裝地面的垂直度不大于0. 005mm，運動的重復定位誤差不大于0. 001mm。水平進給機構包括X軸進給工作臺65、直線導軌66和絲杠30。直線導軌66和絲 杠30通過第一支座71、第二支座72安裝在床身2上，X軸進給工作臺65安裝于直線導軌 66上，通過螺母與絲杠30螺紋連接。Z軸進給機構的臺身64，安裝在X軸進給工作臺65 上。通過手動調節絲杠30驅動X軸進給工作臺65沿直線導軌66滑動配合，X軸進給 工作臺65沿X軸運動。帶動垂直進給機構、角度調整機構和自轉機構運動，使得光纖研磨拋 光端與研磨拋光盤在徑向保持一個恰當的工作位置。X軸進給工作臺65最大行程為100mm。自轉機構包括D軸步進電機50和D軸回轉部件51。角度調整機構由B軸步進電 機54和B軸回轉部件53。D軸步進電機的輸出端與D軸回轉部件51的輸入端連接，自轉 機構的連接端通過連接板57安裝在基板49上。B軸步進電機54的輸出端與B軸回轉部件53的輸入端連接。將角度調整機構通過角度調整機構的連接端安裝在基板49的反面上。 配重55安裝在基板49的反向端上，以平衡上述自轉機構和角度調整機構安裝在垂直工作 臺63上時，由于重力而產生的位移誤差。卷軸56安裝在自轉機構的另一端上，用于解決光 纖拋光時長光纖旋轉的纏繞問題。基板49與Z軸進給工作臺63連接，使自轉機構和角度 調整機構帶動光纖夾具連續旋轉任意角度和分度。D軸回轉部件在D軸步進電機50的驅動下通過減速比為1 110蝸輪蝸桿機構減 速輸出，B軸回轉部件在B軸步進電機54的驅動下通過減速比為1 110的蝸輪蝸桿機構 減速輸出。D軸回轉部件的角度范圍0 360度，且能連續回轉，B軸回轉部件的角度范圍 0 110度，相應的進給電機分辨率為0. 001度。D軸回轉部件和B軸回轉部件重復定位精 度0.01度。光纖夾具34包括第一鉗口 36、第二鉗口 37，第一位置調整螺釘38、第二位置調整 螺釘39，調整旋鈕40，夾緊調整芯軸41。第一鉗口 36、第二鉗口 37是兩個柔性鉸鏈，位于 光纖夾具34的右端，上述兩個鉗口起到夾緊的作用。在第一鉗口 36、第二鉗口 37固定端的 第一安裝孔46、第二安裝孔47內，安裝第一位置調整螺釘38、第二位置調整螺釘39，在上述 兩個位置調整螺釘間設有鋼球室，安裝第一鋼球42、第二鋼球43，上述兩個鋼球分別與兩 個位置調整螺釘接觸，兩個鋼球之間設有供光纖通過的通道。調整旋鈕40內有供光纖通過 的通道，調整旋鈕40內設有夾緊調整芯軸41，夾緊調整芯軸41的前端設有推桿，推桿前端 對稱設有第一球面凹槽73，第二球面凹槽74，分別與第一鋼球42、第二鋼球43接觸。光纖 夾具34的左端設有與自轉機構輸出端螺紋連接的錐面35。將光纖48纏繞于卷軸56上，光纖48通過自轉機構的光纖通道，從光纖夾具的插 孔45進入光纖夾具34，通過調整旋鈕40內的插孔、位置調整芯軸內的插孔、鋼球室，從第一 鉗口 36、第二鉗口 37之間伸出。旋轉調節旋鈕40，通過螺紋驅動夾緊調整芯軸41向前移 動，夾緊調整芯軸41的前端推桿上的的第一球面凹槽73，第二球面凹槽74，分別推動第一 鋼球42、第二鋼球43作用在第一微調整螺釘46、第二微調整螺釘47上，使得兩個柔性鉸鏈 發生形變，上述形變調整第一鉗口 36、第二鉗口 37相對回轉中心的對稱度，對光纖48進行 夾緊。加工完成后，向反方向旋轉調整旋鈕40可使第一鉗口 36、第二鉗口 37松開，取出光 纖48。光纖直徑Φ 125 μ m，兩鉗口內末變形孔為Φ 0.25mm。光纖夾具回轉轉速n2 =50rpm，總功率不大于0. 5kw，錐度調節α = 0 95°，周向調節角度β = 0 360°。本發明在工業控制機的統一控制管理下工作，工業控制機通過數控卡、運動控制 器控制各軸的運動，同時通過圖像采集卡獲得圖像數據，了解光纖位移與變形，幾何輪廓及 進度，通過計算獲得施加的研磨拋光力，同時反饋到運動軸進行加工位置調整，操作臺1包 括顯示器和控制按鈕，操作臺1通過安裝桿3安裝在床身2上，完成人機界面交互。
權利要求
數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，包括光纖透鏡研磨拋光盤機構、研磨拋光盤修整機構、CCD識別與檢測系統(44)、垂直進給機構、水平進給機構、自轉機構、角度調整機構、光纖夾具(34)、操作臺(1)和床身(2)；其特征在于光纖透鏡研磨拋光盤機構包括研磨拋光盤(4)、柔性鉸鏈盤(5)、支撐環(6)、外軸套(7)、齒環軸(8)、齒環帶輪(9)、齒環(10)、系桿軸(11)、系桿帶輪(12)、行星齒輪(13)和系桿偏心軸(69)；光纖透鏡研磨拋光盤(4)安裝在柔性鉸鏈盤(5)上，支撐環(6)上端面開設有環槽，環槽內裝設有多個鋼球，將柔性鉸鏈盤(5)安裝于支撐環(6)的上端面上，鋼球與柔性鉸鏈盤(5)下表面接觸；齒環軸(8)通過第一向心角接觸軸承(14)、第二向心角接觸軸承(15)安裝在外軸套(4)上；系桿軸(11)通過第一向心球軸承(16)、第二向心球軸承(17)安裝在齒環軸(8)上，行星齒輪(13)通過第三向心球軸承(58)、第四向心球軸承(70)安裝在系桿偏心軸(69)處，系桿偏心軸(69)與系桿軸(11)為一整體結構，行星齒輪(13)固定在柔性鉸鏈盤(5)下表面，光纖透鏡研磨拋光盤機構通過床身(2)上的安裝孔(18)安裝在床身上；研磨拋光盤修整機構包括垂直導向機構、橫梁(25)和垂直安裝桿(19)；垂直導向機構包括千金剛石修整塊(23)、分尺(20)、上橫梁(26)、下橫梁(27)，第一導向軸(67)、第二導向軸(68)、第一彈簧(28)、第二彈簧(29)、第一直線軸承(21)和第二直線軸承(22)；千分尺(20)通過上橫梁(26)的安裝孔(75)安裝，使千分尺(20)的下端與上橫梁(26)的上表面接觸；第一直線軸承(21)、第二直線軸承(22)安裝在橫梁(25)上，上橫梁(26)和下橫梁(27)分別通過第一導向軸(67)、第二導向軸(68)連接，第一彈簧(28)、第二彈簧(29)分別同軸安裝在第一導向軸(67)、第二導向軸(68)上；第一導向軸(67)、第二導向軸(68)分別通過第一直線軸承(21)、第二直線軸承(22)支撐于橫梁(25)上；金剛石修整塊(23)安裝在下橫梁(27)下表面，垂直導向機構通過橫梁(25)安裝在垂直安裝桿(19)上，垂直安裝桿(19)安裝在床身(2)上；CCD識別與檢測系統包括放大鏡頭、CCD(44)、圖像采集卡和光纖照明燈組成；將CCD(44)固定在滑塊(24)上，通過絲杠螺母安裝在Z軸調整部件(31)的滑臺上，通過絲杠螺母將Z軸調整部件(31)安裝在與Z軸調整部件(31)相垂直的Y軸調整部件(32)的滑臺上，再通過絲杠螺母將Y軸調整部件(32)安裝在與Y軸調整部件(32)相垂直的X軸調整部件(33)的滑臺上，X軸調整部件(33)-1-的安裝端(52)安裝在床身(2)上；垂直進給機構包括Z軸步進電機(59)、絲杠(61)、直線導軌(62)、Z軸進給工作臺(63)和Z軸臺身(64)，Z軸臺身(64)上安裝直線導軌(62)與絲杠(61)；將Z軸進給工作臺(63)安裝于直線導軌(62)上，Z軸進給工作臺(63)通過螺母與絲杠(61)螺紋連接，將Z軸步進電機(59)安裝在直線導軌(62)上端；水平進給機構包括X軸進給工作臺(65)、直線導軌(66)和絲杠(30)；直線導軌(66)和絲杠(30)通過第一支座(71)、第二支座(72)安裝在床身(2)上，X軸進給工作臺(65)安裝于直線導軌(66)上，通過螺母與絲杠(30)螺紋連接；Z軸進給機構的臺身(64)，安裝在X軸進給工作臺(65)上；自轉機構包括D軸步進電機(50)和D軸回轉部件(51)；角度調整機構由B軸步進電機(54)和B軸回轉部件(53)；D軸步進電機的輸出端與D軸回轉部件(51)的輸入端連接，自轉機構的連接端通過連接板(57)安裝在基板(49)上；B軸步進電機(54)的輸出端與B軸回轉部件(53)的輸入端連接；將角度調整機構通過角度調整機構的連接端安裝在基板(49)的反面上；配重(55)安裝在基板(49)的反向端上；卷軸(56)安裝在自轉機構的另一端上，基板(49)與Z軸進給工作臺(63)連接；光纖夾具(34)包括第一鉗口(36)、第二鉗口(37)，第一位置調整螺釘(38)、第二位置調整螺釘(39)，調整旋鈕(40)，夾緊調整芯軸(41)；第一鉗口(36)、第二鉗口(37)是兩個柔性鉸鏈，位于光纖夾具(34)的右端；在第一鉗口(36)、第二鉗口(37)固定端的第一安裝孔(46)、第二安裝孔(47)內，安裝第一位置調整螺釘(38)、第二位置調整螺釘(39)，在上述兩個位置調整螺釘間設有鋼球室，安裝第一鋼球(42)、第二鋼球(43)，上述兩個鋼球分別與兩個位置調整螺釘接觸，兩個鋼球之間設有供光纖通過的通道；調整旋鈕(40)內有供光纖通過的通道，調整旋鈕(40)內設有夾緊調整芯軸(41)，夾緊調整芯軸(41)的前端設有推桿，推桿前端對稱設有第一球面凹槽(73)，第二球面凹槽(74)，分別與第一鋼球(42)、第二鋼球(43)接觸，光纖夾具(34)的左端設有與自轉機構輸出端螺紋連接的錐面(35)；將光纖(48)纏繞于卷軸(56)上，光纖(48)通過自轉機構內的光纖通道，從光纖夾具的插孔(45)進入光纖夾具(34)，通過調整旋鈕(40)內的插孔、位置調整芯軸內的插孔、鋼球室，從第一鉗口(36)、第二鉗口(37)之間伸出操作臺(1)包括顯示器和控制按鈕，操作臺(1)通過安裝桿(3)安裝在床身(2)上。
2.根據權利要求1中所述的數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于系桿軸 (11)和齒環軸⑶調速范圍在5 120rpm，齒環轉速n1 = 0.5 10rpm，系桿偏心E = 9mm; 研磨拋光盤1直徑Φ 125mm，端面跳動不大于0. 002mm，調整轉速范圍5 125rpm ；光纖透 鏡輪廓誤差≤1 μ m。
3.根據權利要求1中所述的數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于Z軸調整部 件(31)、Y軸調整部件(32)和X軸調整部件(33)的方向和CCD識別與檢測系統的軸線間 相互保持位置精度不大于0. 02mm ；絲杠螺距1. 2 1. 5mm。
4.根據權利要求1中所述的數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于Z軸進 給工作臺(63)的沿Z軸的最大行程為200mm，重復定位精度不大于0.001mm，進給分辨率 0.001mm;直線導軌(62)的安裝地面的垂直度不大于0. 005mm，運動的重復定位誤差不大于 0.001mm。
5.根據權利要求1中所述的數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于X軸進給工 作臺(65)沿X軸的最大行程為100mm。
6.根據權利要求1中所述的數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于D軸回轉部 件(51)通過蝸輪蝸桿機構減速輸出，減速比為1 110，B軸回轉部件(53)通過蝸輪蝸桿 機構減速輸出，減速比為1 110 ;B軸回轉部件(53)的角度范圍0 360度，D軸回轉部 件(51)的角度范圍0 110度；相應的進給電機分辨率為0. 001度；自轉軸機構和角度調 整機構重復定位精度0.01度。
7.根據權利要求1中所述數控光纖透鏡微納米研磨拋光機，其特征在于光纖(48)直 徑為Φ 125 μ m，兩鉗口內末變形孔為Φ 0.25mm;光纖夾具(34)回轉轉速n2 = 0 50rpm， 總功率不大于0. 5kw，錐度調節α =0 95°，周向調節角度β = 0 360°。
全文摘要
本發明包括光纖透鏡研磨拋光盤機構、研磨拋光盤修整機構、CCD識別與檢測系統、垂直進給機構、水平進給機構、自轉機構、角度調整機構、光纖夾具、操作臺和床身。本發明采用了行星式雙軸復合運動技術解決了傳統的研磨與拋光技術裝備中工件與拋光盤分離傳動方式，機床結構上采用柔性鉸環狀球支撐技術，解決復合傳動結構主軸的誤差累計問題。使用柔性鉸鏈卡緊光纖和CCD微壓力與形狀檢測技術，確保加工過程可控性，使用工業控制機控制完成研磨拋光的插補運動。本發明操作方便可靠，自動化程度高，能使光纖研磨拋光均勻，并實現斜面、楔面、錐面、冷面和球面的研磨與拋光。
文檔編號B24B37/00GK101885162SQ20101019369
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者呂玉山, 孫軍, 王軍 申請人:沈陽理工大學