Устройство крепления полировального колеса в полировальном станке

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к оснастке полировальных станков, и может быть использована при полировке линз, в частности при прецизионной абразивной обработке и корректировке поверхностей сферической, асферической и свободной формы из различных материалов.
Известно устройство крепления вращающегося полировального колеса согласно патенту DE 10031057 (А1) от 17.01.2002 г. «Способ прецизионной полировки линз с использованием вращающегося полировального колеса и вращения линзы совместно с интерферометрическим контролем». Устройство содержит вращающийся центральный диск из твердого материала с эластичным ободом, закрепленный на горизонтальном шпинделе станка. На диске имеются радиальные отверстия, которые образуют единую полость с осевым отверстием шпинделя и внутренним пространством обода, причем часть осевого отверстия шпинделя, радиальные отверстия диска и внутренний объем обода наполнены консистентной смазкой. В осевом отверстии шпинделя расположен цилиндрический поршень, который, создавая различное давление, изменяет твердость обода, выполняющего функцию полировальной пленки.
Недостатками устройства является невозможность его использования в полировальных станках, имеющих вертикальный шпиндель для крепления полировального колеса. Кроме того, недостатком является сложность и трудоемкость изготовления и сопряжения с высокой точностью осевого отверстия шпинделя и цилиндрического поршня, которые имеют сопрягаемые поверхности высокой точности и шероховатости, требующие притирки.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению - прототипом - является устройство крепления полировального колеса в полировальном станке по патенту СА 2858341 (А1) от 13.02.2015 г., МПК В24В 13/00; В24В 9/14.
Устройство содержит верхний шпиндель станка, ось вращения которого соосна с осью нижнего шпинделя станка, предназначенного для крепления полируемой линзы. Полировальное колесо закреплено на верхнем шпинделе в приспособлении - вилке, состоящем из трех разъемных частей: хвостовика приспособления - вилки, а также соединенных с ним болтовыми соединениями правой вилки-зубца и левой вилки-зубца с мостом. Хвостовик приспособления - вилки закреплен на оси верхнего шпинделя станка.
Полировальное колесо выполнено с эластично деформируемой полирующей поверхностью. Колесо закреплено на составной оси по торцевым поверхностям колеса, между полировальным колесом и его осью имеется полость. На оси полировального колеса с обеих сторон установлены шарикоподшипники, которые установлены в вилки-зубцы.
Ось полировального колеса ориентирована перпендикулярно оси верхнего шпинделя. Кинематическая связь между указанными осями осуществляется с помощью зубчатой передачи. С помощью привода полировальное колесо осуществляет одновременное вращение вокруг оси верхнего шпинделя и собственной оси полировального колеса, перпендикулярной оси верхнего шпинделя, а также перемещение по спиральной траектории по поверхности полируемой линзы.
Указанное устройство не обеспечивает достаточную точность и стабильность крепления полировального колеса относительно верхнего шпинделя, что вызывает искажение траектории движения полировального колеса и, следовательно, снижает точность геометрической формы линзы и качество полирования поверхности линзы.
Искажение траектории возникает вследствие погрешности, вносимой при монтаже полировального колеса в составных частях приспособления - вилки и при креплении в верхний шпиндель хвостовика приспособления - вилки. Возникновение зазоров между составными частями приспособления - вилки приводит к погрешности при его последующей установке в верхний шпиндель, и, следовательно, к отклонению от соосности осей приспособления - вилки и верхнего шпинделя, что приводит к возникновению радиального биения. При этом происходит смещение полировального колеса относительно оси верхнего шпинделя, что приводит к смещению центра масс и появлению дисбаланса, а это вызывает вибрации, приводящие к нарушению траектории перемещения колеса по линзе.
Неточное крепление самого колеса с одного или обоих его торцев приводит к несоосности частей оси колеса, перекосу колеса и отклонению от перпендикулярности оси колеса и оси верхнего шпинделя. Т.к. между полировальным колесом и его осью имеется полость и колесо закреплено на составной оси только по его торцевым поверхностям, в результате недостаточной жесткости такого крепления влияние погрешностей, вносимых приспособлением - вилкой, и смещение полировального колеса от вибраций является значительным.
В процессе полирования радиальное биение колеса и возникающие вибрации постоянно увеличивают перекос колеса, образованный его неточным и нежестким креплением, что может привести к значительному рассогласованию осей, нарушению кинематической связи между осями и срыву колеса. При формировании следа перемещения по полируемой линзе случайным образом возникает неоднородное соприкосновение колеса с линзой, т.е. отличное от заданного давление на линзу в точках соприкосновения, а, следовательно, непредсказуемый съем материала линзы.
Техническая проблема заключается в получении следующих технических результатов: повышение точности и стабильности крепления полировального колеса на верхнем шпинделе, а, следовательно, повышение точности геометрической формы линзы и качества полирования поверхности линзы.
Указанные технические результаты достигаются следующим образом.
Устройство крепления полировального колеса в полировальном станке, как и прототип, содержит верхний шпиндель станка, ось которого соосна с осью нижнего шпинделя станка, предназначенного для крепления полируемой линзы, и на котором закреплено полировальное колесо, ось которого перпендикулярна оси верхнего шпинделя и связана с ней посредством конической зубчатой передачи. Ось полировального колеса закреплена в приспособлении - вилке, закрепленном на оси верхнего шпинделя так, что обеспечивается посредством привода одновременное вращение полировального колеса вокруг оси верхнего шпинделя и собственной оси, а также перемещение полировального колеса по спиральной траектории по поверхности полируемой линзы. В отличие от прототипа приспособление - вилка выполнено цельным, в виде единого конструктивного элемента, а полировальное колесо запрессовано на оси, причем, ось полировального колеса выполнена цельной.
Пример конкретной реализации предлагаемого устройства крепления полировального колеса в полировальном станке представлен на чертеже. На чертеже показано в сечении устройство крепления полировального колеса и взаимное расположение полировального колеса и полируемой линзы.
На чертеже обозначены: 1 - полировальное колесо, 2 - полирующая поверхность, 3, 19 - втулка; 4, 18 - подшипник; 5 - ось полировального колеса; 6 - зубчатое колесо; 7, 15 - винт; 8 - приспособление - вилка; 9, 22 - гидрозажимной патрон; 10 - подвижная часть верхнего шпинделя; 11 - стакан; 12 - верхний шпиндель; 13 - неподвижная часть верхнего шпинделя; 14 - монтажное окно; 16 - стопорный винт; 17 - коническая шестеренка; 20 - линза; 21 - оправа; 23 - нижний шпиндель; С1 - ось вращения верхнего шпинделя; С2 - ось вращения нижнего шпинделя; В2 - ось вращения полировального колеса.
Устройство крепления полировального колеса в полировальном станке содержит подвижную часть (полировальный узел), включающую подвижную часть 10 верхнего шпинделя 12, и неподвижную часть, включающую неподвижную часть 13 верхнего шпинделя 12. Неподвижной частью 13 верхний шпиндель 12 закреплен в полировальном станке (на чертеже не показан).
К подвижной части 10 верхнего шпинделя 12 закреплен гидрозажимной патрон 9, в который вставлено цельное приспособление - вилка 8, в котором закреплено полировальное колесо 1, запрессованное на цельную ось 5, две втулки 3, 19, надетые с двух сторон на ось 5, в каждую из которых запрессован подшипник 4, 18, и коническую шестеренку 17, установленную на оси 5 колеса 1 и поджатую стопорным винтом 16. Втулки 3, 19 совмещены с пазами приспособления - вилки 8 и зафиксированы винтами с каждой стороны (не показаны).
Неподвижная часть устройства включает стакан 11, зубчатое колесо 6 и два винта 7, 15. Основание стакана 11 имеет прорези, расположенные параллельно оси вращения С1 верхнего шпинделя 12 для его крепления на неподвижной части 13 верхнего шпинделя 12 станка. Основание стакана 11 надето на верхний шпиндель 12 и зафиксировано металлическим хомутом (указан пунктирной линией). К торцу основания стакана 11 через монтажные окна 14 закреплено винтами 7 зубчатое колесо 6.
Полируемая линза 20 закреплена на прецизионной оправке 21 в гидрозажимном патроне 22, установленном на нижнем шпинделе 23 станка. Оси вращения С2 нижнего шпинделя 23 и С1 верхнего шпинделя 12 соосны.
Колесо 1 окружено полирующей поверхностью 2 из полиуретана.
Устройство работает следующим образом.
Верхний шпиндель 12 с помощью привода станка (на чертеже не показан) приводит в движение подвижную часть устройства, поворачивая полировальный узел с полировальным колесом 1 с вокруг оси С1 верхнего шпинделя 12. Коническая шестеренка 15, вступая в зацепление с зубчатым колесом 6, приводит во вращение ось 5 с закрепленным на ней полировальным колесом 1. Полировальное колесо 1 вращается одновременно вокруг осей С1 и В2 и при этом его эластично деформируемая полирующая поверхность 2 перемещается по спиральной траектории по поверхности полируемой линзы 20.
Приспособление - вилка 8 выполнено в виде единой цельной конструкции, что исключает внесение погрешностей при ее монтаже, позволяет полностью устранить зазоры между базовыми поверхностями и свести до нуля погрешность базирования относительно оси вращения шпинделя. Это обеспечивает надежное, жесткое и точное базирование относительно оси вращения шпинделя 12 и способствует исключению возникновения радиального биения.
Совмещение втулок 3, 19 с пазами приспособления-вилки 8 позволяет выставить полировальное колесо 1 по центру оси вращения С1 верхнего шпинделя 12. При этом центр масс тяжести вращающихся частей полировального узла лежит на оси вращения С1 верхнего шпинделя 12, т.е. компоненты полировального узла, которые вращаются вокруг оси С1, уравновешены. Следовательно, вибрации из-за несбалансированности полировального колеса 1 минимизируются, практически не возникая, обеспечивается более высокая точность и стабильность крепления полировального колеса 1 относительно верхнего шпинделя 12. Жесткое крепление колеса 1, запрессованного на цельной оси 5, препятствует увеличению перекоса колеса 1 от вибраций в процессе полирования.
В результате предлагаемого выполнения приспособления-вилки и закрепления полировального колеса на цельной оси обеспечивается высокая точность и качество полирования поверхности линзы 20.
Заявляемое устройство крепления полировального колеса реализовано на 4-х координатном полировальном станке с программным обеспечением для автоматического создания файлов ЧПУ. Проведенные испытания показали точность и стабильность крепления полировального колеса. Получена линза с высокоточной формой и отполированной поверхностью более высокого качества (с уменьшенной шероховатостью). При этом затраты времени на процесс полирования уменьшены на 25%.
Устройство может быть установлено в различных полировальных станках с вертикально расположенным инструментальным шпинделем.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить повышение точности и стабильности крепления полировального колеса, а, следовательно, точности геометрической формы линзы и качества полирования поверхности линзы.