本发明涉及一种机械制造领域的自由曲面研磨抛光装置，尤其涉及一种适用于加工深腔异型面的气囊抛光装置。
背景技术：
近年来，随着科学技术的发展进步，光学元件由于其具有透明性高、光学均匀性、化学性能稳定等优良特性，被广泛应用在航空航天，大型激光系统以及微电子系统中。然而随着近代光学和光电子技术的不断进步，对光学元件的精度和结构提出了更高的要求，普通光学元件已经难以满足光学工程和光子技术的发展需求。异形光学元件作为新型光学元件的一类，由于其具有特殊的结构而区别与普通光学元件，并且以其自身独特的结构优势，被广泛应用于光学产品和通讯产品中，成为航空航天、导航制导、激光武器和军事防御中不可缺少的一部分。由于对异形精密光学元件的需求不断增加，因此在加工过程中对异形精密光学元件的加工方法、加工精度以及加工效率提出了更高的要求。深腔异型光学元件作为异形光学元件中的一种，在精密加工过程中，不仅对其形状结构有着严格要求，并且对其深腔异型面的加工精度也要严格控制，从而保证深腔异型光学元件的精度和可靠性。因此，如何实现高质量、高精度以及高效率的深腔异型光学元件的精密加工成为光学加工制造领域待已解决的问题。
对于深腔异型光学元件，通常的加工方法为超声振动抛光和磨料流抛光。超声波抛光的工作原理是在普通旋转研磨的基础上对工具头施加几万赫兹的上下往复高频超声振动，在腔体结构加工过程中，工具头与腔壁之间加入含有磨粒的抛光液，随着工具头的振动，抛光液中的磨粒与腔体表面发生碰撞，摩擦，从而实现表面材料去除。虽然超声波抛光具有较高的加工效率以及不错的加工精度，但是由于抛光工具头无法避免的磨损，与腔体的吻合度下降，导致加工精度以及加工效率会逐渐下降。而磨料流抛光是以含有细微磨粒的粘弹性抛光液，在压力的作用下挤压通过腔体实现抛光的效果。但是粘弹性抛光液造成了流速下降，十分影响抛光效率，并且磨料流抛光后的内腔表面会产生相互平行的长条线，对降低表面粗糙度非常不理想。而现有的精密研磨抛光方法例如小磨头抛光、磁流变抛光、射流抛光以及气囊抛光等，虽然具有抛光区域可控，去除效果稳定，去除率高，加工精度高等优点，但是通常局限应用于平面，非球面光学元件等外表面进行加工。而由于深腔异型光学元件结构的特殊性，这些研磨抛光方法难以对其进行研磨抛光。
技术实现要素：
针对上述现有技术中对于深腔异型光学元件腔体内部加工难、加工精度低和效率不高的问题，本发明在传统气囊抛光技术的基础上，发明提供了一种新型轮式气囊抛光装置，可应用于深腔异型光学元件的深腔异型面的快速研磨抛光加工。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种新型轮式气囊抛光装置，包括柄部，所述柄部下部的外回转面设有环形凹槽，所述柄部下部的内部设有气室，所述气室的侧壁上设有多个在周向上均布的、与所述环形凹槽贯通的径向进气通孔，所述柄部下部套装有与所述柄部相对转动的套筒，所述套筒的侧壁上设有与所述气室贯通的通气孔，所述柄部的下端连接有气囊抛光轮部件；所述气囊抛光轮部件包括金属中空杆、金属旋转轮轴、气囊和抛光垫，所述金属中空杆的一端与所述柄部的底端连接，所述金属中空杆的另一端设有多个径向出气通孔，所述金属旋转轮轴连接在所述金属中空杆的另一端，所述气囊包在所述金属旋转轮轴上，所述抛光垫粘贴在所述气囊的外表面上；所述通气孔连接至气泵，开启气泵后，气体自通气孔依次经过所述环形凹槽、径向进气通孔、气室、金属中空杆、径向出气通孔、金属旋转轮轴至气囊。
进一步讲，本发明所述的新型轮式气囊抛光装置，其中，所述径向进气通孔和径向出气通孔的个数均为4个。所述径向进气通孔为矩形孔，所述径向出气通孔为圆孔。
所述套筒的上端与所述柄部之间设有下部的外回转面之间设有上滚动轴承和下滚动轴承，以保证柄部旋转时，套筒保持静止。
所述套筒与所述柄部之间设有上密封圈，所述套筒的底部设有锁紧圈，所述套筒与所述锁紧圈之间设有下密封圈。
所述金属中空杆与所述金属旋转轮轴之间为可拆卸连接或是不可拆卸连接。
所述金属中空杆与柄部可为螺纹连接、er接头连接、bt接头连接等标准连接。
所述气囊由弹性橡胶层与金属旋转轮轴密封粘结构成。
所述抛光垫为无纺布垫、发泡聚氨酯垫、阻尼布垫和固结磨料垫等研磨或抛光垫。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的轮式气囊抛光装置可通过调节内部气压，实现抛光垫与内腔表面柔性接触，从而可保证一定的加工精度。
(2)本发明的轮式气囊抛光装置的末端(柄部上端)为不锈钢基体设计为标准刀柄接头或者其他接头，便与数控机床或者工业机器人装卡，从而实现装置高速回转运动以及确定性轨迹运动。
(3)本发明的轮式气囊抛光装置的气囊抛光轮部件可根据深腔异型工件的长度变化和直径变换更换相应尺寸气囊抛光轮部件；
(4)本发明适用于研磨抛光平面、非球面和自由曲面等，尤其适用于深腔异型面的加工。
(5)本发明适轮式气囊抛光装置用于抛光加工各种具有深腔异形结构的各类金属、非金属材料、复合材料等。
附图说明
图1为本发明轮式气囊抛光装置的主视图；
图2为图1所示轮式气囊抛光装置的剖视图。
图中：
1-柄部11-气室12-环形凹槽13-径向进气通孔
14-连接孔2-上密封圈3-通气孔4-套筒
5-下密封圈6-锁紧圈7气囊抛光轮部件71-金属中空杆
72-金属旋转轮轴73-抛光垫74-弹性橡胶层75-径向出气通孔
8-深腔异型工件9-上滚动轴承10-下滚动轴承
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1和图2所示，本发明提出的一种新型轮式气囊抛光装置，包括柄部1，所述柄部1下部的外回转面设有环形凹槽12，所述柄部1下部的内部设有气室11，所述气室11的侧壁上设有多个在周向上均布的、与所述环形凹槽12贯通的径向进气通孔13，所述径向进气通孔13为4个，所述径向进气通孔13为矩形孔。所述柄部1下部套装有与所述柄部1相对转动的套筒4，所述套筒4的上端与所述柄部1之间设有下部的外回转面之间设有上滚动轴承9和下滚动轴承10；所述套筒4与所述柄部1之间设有上密封圈2，所述套筒4的底部设有锁紧圈6，所述套筒4与所述锁紧圈6之间设有下密封圈5。所述套筒4的侧壁上设有与所述气室11贯通的通气孔3，所述柄部1的下端连接有气囊抛光轮部件7；所述气囊抛光轮部件7包括金属中空杆71、金属旋转轮轴72、气囊74和抛光垫73，所述金属中空杆71的一端与所述柄部1的底端螺纹连接，所述金属中空杆71的另一端设有多个径向出气通孔75，所述径向出气通孔75的个数均为4个，所述径向出气通孔75为圆孔。所述金属旋转轮轴72连接在所述金属中空杆71的另一端，所述金属中空杆71与所述金属旋转轮轴72之间为可拆卸连接或是不可拆卸连接。所述气囊74包在所述金属旋转轮轴72上，所述气囊74由弹性橡胶层与金属旋转轮轴72密封粘结构成，所述抛光垫73粘贴在所述弹性橡胶层的外表面上。
在加工过程中，由加工设备的移动平台为气囊抛光装置提供回转运动和确定性轨迹运动；由外部气泵通过通气孔为气囊抛光轮部件内部提供稳定气压；通过气囊抛光轮部件的抛光垫与被加工工件表面柔性接触，实现材料去除。
本发明中，柄部1为不锈钢基体，该不锈钢基体的上部可为bt刀柄接头或者其他接头，便与被数控机床或者工业机器人夹持，使用本发明气囊抛光装置对深腔异型工件8内腔进行研磨加工过程中，通过数控机床对气囊抛光轮部件的气囊提供高速回转运动以及紧贴着深腔异型面做确定性的轨迹运动，实现深腔异型工件内外表面的确定性研磨、抛光加工。
本发明中，套筒4通过上下滚动轴承9和10与柄部1的下部连接，实现在柄部1高速旋转下，套筒4保持静止，避免气管缠绕。所述套筒4侧壁设置有通气孔3，套筒4侧壁设置的通气孔3与外部气泵连接，为抛光装置内部的气室11内部运输压缩空气。柄部1的中部设有环形凹槽12，并且环形凹槽12设置有图像气室11的四个矩形径向进气通孔13，通过环形凹槽12和径向进气通孔13等结构，在套筒4和柄部1下端的外回转面之间形成气室11，气囊抛光轮部件7的内部设置有四个圆形的径向出气通孔75，通过金属中空杆71和径向出气通孔75结构，使得气室11与气囊抛光轮部件7的气囊74连通。加工时，所述通气孔3连接至外部的气泵，开启气泵后，气体自通气孔3依次经过所述环形凹槽12、径向进气通孔13、气室11、金属中空杆71、径向出气通孔75、金属旋转轮轴72至气囊74，从而将外部一定压力的压缩空气运输至气囊74内部，在压缩气体的作用下，气囊抛光轮部件7的抛光垫73与深腔异型工件8的异型面柔性接触，从而对深腔异型工件异型面进行研磨抛光加工。通过调节外部气泵的压力输出，控制气囊74与深腔异型工件8异型面接触区域(接触面积)，保证一定的加工精度。
本发明中，所述气囊抛光轮部件7的上端设置有一定长度的金属中空杆71，该金属中空杆71与气室11通过螺纹密封连接。金属中空杆71设置有一定数量的径向出气通孔，用以向气囊74内部运输压缩空气。通过实时调节外部气泵输出气压值，实时调整气囊抛光轮与深腔异型工件内外表面的接触面积。
本发明中，所述气囊74由弹性橡胶层与金属旋转轮轴72密封粘结构成，抛光垫73粘结在弹性橡胶层的外部，抛光垫可以为无纺布垫、发泡聚氨酯垫、阻尼布垫和固结磨料垫中的任何一种。使用本发明气囊抛光装置对深腔异型面进行研磨加工时，将研磨液或抛光液注入气囊74与深腔异型工件内外表面的接触区域，在实际研磨抛光过程中，可根据不同的加工精度需求更换相应的气囊抛光轮部件7外部粘结的抛光垫73的具体材料以及更换不同粒度的研磨液或抛光液。可根据不同深腔异型工件8的直径和长度的需求更换相应尺寸的气囊抛光轮部件7，包括金属中空杆71的长度、金属旋转轮轴72的直径等。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
1.一种新型轮式气囊抛光装置，包括柄部(1)，其特征在于，所述柄部(1)下部的外回转面设有环形凹槽(12)，所述柄部(1)下部的内部设有气室(11)，所述气室(11)的侧壁上设有多个在周向上均布的、与所述环形凹槽(12)贯通的径向进气通孔(13)，所述柄部(1)下部套装有与所述柄部(1)相对转动的套筒(4)，所述套筒(4)的侧壁上设有与所述气室(11)贯通的通气孔(3)，所述柄部(1)的下端连接有气囊抛光轮部件(7)；所述气囊抛光轮部件(7)包括金属中空杆(71)、金属旋转轮轴(72)、气囊(74)和抛光垫(73)，所述金属中空杆(71)的一端与所述柄部(1)的底端连接，所述金属中空杆(71)的另一端设有多个径向出气通孔(75)，所述金属旋转轮轴(72)连接在所述金属中空杆(71)的另一端，所述气囊(74)包在所述金属旋转轮轴(72)上，所述抛光垫(73)粘贴在所述气囊(74)的外表面上；所述通气孔(3)连接至气泵，开启气泵后，气体自通气孔(3)依次经过所述环形凹槽(12)、径向进气通孔(13)、气室(11)、金属中空杆(71)、径向出气通孔(75)、金属旋转轮轴(72)至气囊(74)。
2.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述径向进气通孔(13)和径向出气通孔(75)的个数均为4个。
3.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述径向进气通孔(13)为矩形孔，所述径向出气通孔(75)为圆孔。
4.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述套筒(4)的上端与所述柄部(1)之间设有下部的外回转面之间设有上滚动轴承(9)和下滚动轴承(10)，以保证柄部(1)旋转时，套筒(4)保持静止。
5.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述套筒(4)与所述柄部(1)之间设有上密封圈(2)，所述套筒(4)的底部设有锁紧圈(6)，所述套筒(4)与所述锁紧圈(6)之间设有下密封圈(5)。
6.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述金属中空杆(74)与柄部(1)之间的连接为螺纹连接、er接头连接和bt接头连接中的一种。
7.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述金属中空杆(71)与所述金属旋转轮轴(72)之间为可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述金属中空杆(71)与所述金属旋转轮轴(72)之间为不可拆卸连接。
9.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述气囊(74)由弹性橡胶层与金属旋转轮轴(72)密封粘结构成。
10.根据权利要求1所述的新型轮式气囊抛光装置，其特征在于，所述抛光垫(73)为无纺布垫、发泡聚氨酯垫、阻尼布垫和固结磨料垫中的任何一种。
技术总结