專利名稱：一種浮動拋光頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光機部件，特別涉及一種可克服拋光中傾覆力矩的浮動拋光頭，有利于提聞工件精度和表面質量。
背景技術：
化學機械拋光加工是精密及超精密加工中常用的提高工件表面質量及工件表面平坦化的方法。承載拋光墊的水平拋光盤做旋轉運動，工件被固定在拋光頭夾持部的背膜上，通過平穩的鉛垂壓力將工件壓在旋轉的拋光墊上，同時做旋轉運動，拋光液輸送裝置將含有磨粒的拋光液輸送到拋光墊上，拋光液中的成分與工件發生化學反應，在工件表面形成的反應生成物由磨粒和拋光墊的機械作用去除，在化學成膜和機械去膜的交替過程中實現超精密平面加工。為了適應超精密零件的表面形貌，避免機床主軸與加工面之間的垂直度誤差對加工質量的影響，機床的主軸與拋光頭之間的連接通常設計成浮動結構，允許拋光頭底平面相對其安裝軸做微小擺動。常見的浮動結構有簧片式(見附圖2a)和關節軸承式(見附圖2b)兩種，其拋光頭的擺動瞬心都在與工件接觸的加工面之上，無論是簧片式還是關節軸承式連接結構，在拋光加工的正壓力作用下，拋光頭工件相對于拋光墊運動產生摩擦阻力。拋光頭所受的傾覆力矩由摩擦阻力和擺動瞬心距加工面的距離決定，傾覆力矩會造成旋轉的拋光頭上的工件在拋光墊進入工件的部位所受的接觸壓力明顯大于離開工件表面時的接觸壓力，加上工件中心與邊緣的線速度差別，從而造成工件的邊緣的材料去除量大于其中心區域的材料的去除量，形成外凸的加工面形，降低了工件表面的平面精度。為解決上述缺陷，提出了一種新型低瞬心浮動拋光頭的結構，目前國內沒有查到類似拋光頭的報道。

發明內容
針對這種現有浮動式拋光頭瞬心過高會產生傾覆力矩而影響工件表面質量這一技術上的缺陷，本發明提出了一種新型低瞬心浮動拋光頭，其技術方案是:以雙球面滾動軸承結構取代普通關節軸承結構。通過設計合理的球面半徑可以隨意降低拋光頭的擺動瞬心。消除由于進給阻力產生傾覆力矩，從而有效提高了工件的加工質量。該拋光頭包括傳動軸、上蓋、下蓋、上滾珠、下滾珠、上保持架、下保持架、拉桿、橡膠波紋管、緊固螺釘和夾持部。傳動軸由上部的連接部分、中部螺紋鎖緊部分與底部支撐下滾珠的球面部構成，連接部分裝在機床主軸端部，與機床主軸同軸轉動。與傳動軸的中部螺紋鎖緊部分旋合的是上蓋,上蓋的底面為凹球面，側面有兩個螺孔，通過緊定螺釘鎖定位置。下蓋有內外兩個球面結構，下蓋的凸球面與上蓋底面凹球面相對，下蓋的凹球面與傳動軸下部球形端面相對，在下蓋的凸球面與上蓋的凹球面之間安裝一組滾動鋼珠及其保持架，在下蓋的凹球面與傳動軸下部的球形端面之間也安裝一組滾動鋼珠及其保持架，上述四個球面裝配后球心重合，從而構成雙球面軸承關節結構，其關節的擺動瞬心就是各球面的公共球心。
與下蓋連接螺紋配合的是拋光頭的夾持部，夾持部下面的背膜粘接工件，與拋光墊接觸進行拋光。由于拋光頭擺動的公共球心根據要求可以設計在工件與拋光墊的接觸平面上，使磨削阻力對擺動瞬心的力臂為零，從而達到徹底消除傾覆力矩的作用，這樣使工件加工表面受到均勻的接觸壓力，提高了加工平面度。為了將機床主軸的轉動傳遞到工件上，設置兩個對稱分布的拉桿拉動下蓋轉動，每個拉桿兩端用兩個螺釘連接在上蓋和下蓋上。拉桿與螺釘的間隙配合使拋光頭夾持部相對傳動軸仍可自由擺動同時與機床主軸同步轉動，適應了加工要求。在上蓋與拋光頭之間套有橡膠波紋管可防止拋光液流入腐蝕拋光頭內部結構，其柔韌性不會影響拋光頭的自由擺動。


圖1是浮動拋光頭外觀圖。圖2(a)是簧片式拋光頭結構圖。圖2(b)是關節軸承式拋光頭結構圖。圖3是低瞬心浮動拋光頭結構圖。圖中:1傳動軸，2彈性板簧，3螺釘，4夾持部，5背膜，6工件，7傳動軸，8撥叉，9撥銷，10關節軸承，11夾持部，12背膜，13工件，14上緊定螺釘，15上滾珠，16下滾珠，17下保持架，18下緊定螺釘，19傳動軸，20上蓋，21上保持架，22螺釘、23橡膠波紋管，24拉桿，25下蓋，26夾持部，27工件。
具體實施例方式結合技術方案和附圖詳細說明本發明的具體實施方式
:對于圖3所示的低瞬心浮動拋光頭，是由傳動軸19、上蓋20、下蓋25、上滾珠15、下滾珠16、上保持架21、下保持架17、拉桿24、橡膠波紋管23、上緊定螺釘14、下緊定螺釘18和夾持部26等組成。傳動軸19的下部為與下滾珠16接觸的球面結構，其上部用于連接到機床主軸端部。與傳動軸19的中部螺紋鎖緊部分旋合的是上蓋20，上蓋20的底面為凹球面，側面有兩個螺孔，通過上緊定螺釘14鎖定位置。下蓋25有內外兩個球面結構，下蓋25的凸球面與上蓋20底面凹球面相對，下蓋25的凹球面與傳動軸19下部球形端面相對，在下蓋25的凸球面與上蓋20的凹球面之間安裝一組上滾珠15及上保持架21，在下蓋25的凹球面與傳動軸19下部的球形端面之間也安裝一組下滾珠16及下保持架17，上述四個球面SRl、SR2、SR3及SR4裝配后球心重合，從而構成雙球面軸承關節結構，其關節的擺動瞬心就是各球面的公共球心。下蓋24通過螺紋連接到拋光頭的夾持部26，夾持部26下面可粘接工件27，拋光時工件27的底面與拋光墊接觸。由于拋光頭擺動的公共球心根據要求可以設計在工件27與拋光墊的接觸平面上，使磨削阻力對擺動瞬心的力臂為零，從而達到徹底消除傾覆力矩的作用。這樣使工件27加工表面受到更均勻的接觸壓力，提高了工件27的加工平面度。為了將傳動軸的轉動傳遞到工件27上，設置兩個對稱分布的拉桿23，每個拉桿23兩端用螺釘22連接在上蓋20和下蓋25上。拉桿24與螺釘22的間隙配合使拋光頭夾持部相對傳動軸仍可自由擺動同時與傳動軸同步轉動。
套在上蓋與拋光頭之間橡膠波紋管23主要起密封作用，防止拋光液腐蝕內部球面結構，其柔韌性可使拋光頭保持浮動性。
權利要求
1.一種浮動拋光頭，其特征在于，該拋光頭包括傳動軸、上蓋、下蓋、上滾珠、下滾珠、上保持架、下保持架、拉桿、橡膠波紋管、緊固螺釘和夾持部；傳動軸的上部用于連接機床主軸，中部與上蓋螺紋連接，通過緊定螺釘鎖定位置，下部的球面部與下滾珠接觸；上蓋的底面為凹球面，下蓋有內外兩個球面結構，下蓋的凸球面與上蓋底面凹球面相對，下蓋的凹球面與傳動軸下部球形端面相對；在下蓋的凸球面與上蓋的凹球面之間安裝一組滾動鋼珠及保持架，在下蓋的凹球面與傳動軸下部的球形端面之間也安裝一組滾動鋼珠及保持架，上述四個球面裝配后球心重合，構成雙球面軸承結構，其擺動瞬心為各球面的公共球心。
2.根據權利要求1所述的浮動拋光頭，其特征在于，設置兩個對稱分布的拉桿拉動下蓋轉動，每個拉桿兩端用兩個螺釘連接在上蓋和下蓋上，拉桿與螺釘的間隙配合使拋光頭夾持部相對傳動軸自由擺動，同時與機床主軸同步轉動。
3.根據權利要求1或2所述的浮動拋光頭，其特征在于，在上蓋與拋光頭之間套有橡膠波紋管，防止拋光液流入腐蝕拋光頭內部結構，其柔韌性使拋光頭保持浮動性。
全文摘要
本發明涉及一種以雙球面滾動軸承結構取代普通關節軸承結構的浮動拋光頭，它由傳動軸、上蓋、下蓋、上滾珠、下滾珠、上保持架、下保持架、拉桿、橡膠波紋管、緊固螺釘和夾持部等組成，在四個球面零件裝配后球心重合形成關節的擺動瞬心，擺動瞬心可以設計在工件與拋光墊的接觸平面上，使磨削阻力對擺動瞬心的力臂為零，從而達到徹底消除傾覆力矩的作用,使工件加工表面受到均勻的接觸壓力。該拋光頭通過兩個拉桿傳遞驅動轉矩，用橡膠波紋管保護擺動關節結構免受腐蝕，其結構特點可提高工件平面加工精度。
文檔編號B24B37/07GK103203683SQ201310080518
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者戴恒震, 張寶民, 賈晟輝, 洪寧遠, 金洙吉 申請人:大連理工大學