CN103394983B - 用于超大口径光学加工的静压支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于超大口径光学加工的静压支撑装置，属于静压支撑技术领域。该装置包括活塞、垫片、滚动膜片、膜片压片、缸体盖、缸体径向限位结构、丝堵、受力体径向限位结构、密封圈和缸体上限位结构，所述的活塞侧表面设置水平竖直式中心孔，缸体径向限位结构与活塞的垂直中心孔连接，垫片与缸体盖通过滚动膜片连接，滚动膜片设置膜片压片，活塞通过螺孔与滚动膜片和膜片压片连接，缸体盖顶部中心设置沉孔、螺纹盲孔和排气孔，受力体径向限位结构设置在缸体盖的沉孔内，缸体上限位结构与垫片连接，丝堵设置在螺纹盲孔内，用于压紧置于螺纹盲孔中的密封圈。该装置自平衡性好、成本低、具有较高的光学加工支撑精度。

Description

用于超大口径光学加工的静压支撑装置

技术领域

本发明属于静压支撑技术领域，具体涉及一种用于超大口径光学加工的静压支撑装置。

背景技术

为节约制造和运载成本，大口径光学遥感器的镜头一般被设计成具有较大径厚比的轻量化薄壁结构，并将其通过若干个支撑点与光机系统连接，这种结构特点导致其镜面不同位置的抗弯刚度不同。当磨头压在镜面薄弱处时，镜面塌陷，无法实现去除，而镜面较厚处或镜头支撑点位置则发生材料去除；待磨头撤离，则薄弱处回弹形成鼓包，此为复印效应。光学加工的复印效应无可避免，但只要能将其复印效应抑制在一定的精度范围内（一般为面形RMS≤λ/50≈13nm），依旧可将其装调成性能较优的光学系统。

现有解决复印效应的方法有弹簧支撑、镜背腔体充气、镜体浸泡式和静压支撑等方案。弹簧支撑难以保证所有弹簧初始长度和变形量一致，容易对镜体造成过约束；充气方法需要针对不同的轻量化孔形式设计不同的密封方案，浸液方法对每一个镜体都需要采用不同的周边支撑，这两种方案都缺少通用性，且增加了机床加工平台的设计难度。相比之下，静压支撑结构在超大口径光学加工领域的应用最为广泛。

静压支撑使用一系列静压缸支撑反射镜，在光学加工时控制静压缸内的支撑力实现对待加工元件的支撑，必要时可将静压缸串联以减少压强控制元件。静压支撑结构用于许多大口径镜体的加工支撑，尽管应用广泛，但现有静压支撑结构依旧存在结构复杂、活动部件平衡性差、定位性能差、控制策略复杂和结构不易于标准化、不能批量化生产等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的静压支撑装置结构复杂、活动部件平衡性差、定位性能差、不能批量化生产的问题，而提供一种用于超大口径光学加工的静压支撑装置。

本发明提供一种用于超大口径光学加工的静压支撑装置，该装置包括活塞、垫片、滚动膜片、膜片压片、缸体盖、缸体径向限位结构、丝堵、受力体径向限位结构、密封圈和缸体上限位结构，所述的活塞侧表面设置水平竖直式中心孔，缸体径向限位结构为凸台通孔结构，缸体径向限位结构与活塞的水平竖直式中心孔中的垂直中心孔连接，活塞与垫片相接触，垫片与缸体盖通过滚动膜片连接，滚动膜片上设置膜片压片，活塞通过螺孔与滚动膜片和膜片压片连接，缸体盖顶部中心从上到下依次设置沉孔、螺纹盲孔和排气孔，受力体径向限位结构设置在缸体盖的沉孔内并与缸体盖柱面配合，缸体上限位结构与垫片的下端面连接，丝堵设置在螺纹盲孔内，用于压紧置于螺纹盲孔中的密封圈，所述的活塞的水平竖直式中心孔、垫片的中心、缸体径向限位结构中心的凸孔与缸体盖的沉孔在一个同心轴上，所述的活塞、滚动膜片、膜片压片、缸体盖、丝堵和密封圈构成密闭腔体。

优选的是，所述的滚动膜片上还设置膜片保护片。

优选的是，所述的膜片保护片为铜片。

优选的是，所述的缸体上限位结构的个数为3个。

优选的是，所述的滚动膜片为F型、FC型、D型、DC型、OB型或者P型膜片。

优选的是，所述的密封圈为O型密封圈。

本发明的工作原理

本发明提供的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，该装置中的活塞侧表面设置水平竖直式中心孔，水平竖直式中心孔的水平端与液压管道相连，竖直端与缸体径向限位结构连接，活塞、膜片、膜片压片、缸体盖、丝堵和密封圈构成密闭腔体，通过液压管向上述密闭腔体内注入液体，当密闭腔体内液体压强达到一定大小时，缸体盖向上浮动可支撑待加工光学元件；通过丝堵和密封圈的松紧循环排除密闭腔体和供液管路中的气泡后拧紧丝堵，保证较高的流-固耦合结构刚度；该装置中缸体径向限位结构可在供液加压的前期限制缸体的径向位置；受力体径向限位结构可在供液加压的后期限制缸体盖相对工件的径向位置，二者共同保证定点支撑精度、确保总体输出力沿缸体盖的轴线方向；缸体上限位结构与垫片的下端面连接，保证了该装置的平衡性。

本发明的有益效果

本发明提供的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，自平衡性好，质心在回转结构的轴心上，输出力精度可控，且无需反馈调节，可精确作用于指定镜背位置，具备较好的刚度，同时又提供一定范围的自由行程，具有较高的光学加工支撑精度；该静压支撑装置便于批量化生产，成本低，安装方便，互换性好。

附图说明

图1为本发明用于超大口径光学加工的静压支撑装置的剖面图。

图2为本发明用于超大口径光学加工的静压支撑装置的丝堵与密封圈的局部放大图。

图3为本发明用于超大口径光学加工的静压支撑装置的整体结构示意图。

图中，1、活塞，2、垫片，3、滚动膜片，4、膜片压片，5、缸体盖，6、缸体径向限位结构，7、丝堵，8、受力体径向限位结构，9、密封圈，10、膜片保护片，11、缸体上限位结构。

具体实施方式

结合图1至图3说明本实施方式，一种用于超大口径光学加工的静压支撑装置，该装置包括活塞1、垫片2、滚动膜片3、膜片压片4、缸体盖5、缸体径向限位结构6、丝堵7、受力体径向限位结构8、密封圈9、膜片保护片10和缸体上限位结构11，所述的活塞1侧表面设置水平-竖直式中心孔，缸体径向限位结构6为凸台通孔结构，缸体径向限位结构6与活塞1的水平-竖直式中心孔中的垂直中心孔连接，活塞1与垫片2通过中部法兰相接触，垫片2与缸体盖5通过滚动膜片3的帽檐连接，滚动膜片3的帽檐上还设置膜片保护片10，用于对滚动膜片3进行抗压保护，所述的膜片保护片优选为铜片，滚动膜片3的帽顶上设置膜片压片4，活塞1通过螺孔与滚动膜片3和膜片压片4连接，缸体盖5顶部中心从上到下依次设置沉孔、螺纹盲孔和排气孔，受力体径向限位结构8设置在缸体盖5的沉孔内并与缸体盖5柱面配合，缸体上限位结构11与垫片2的下端面连接，丝堵7设置在螺纹盲孔内，用于压紧置于螺纹盲孔之退刀槽中的密封圈9，所述的活塞1的水平-竖直式中心孔、垫片2的中心、缸体径向限位结构6中心的凸孔与缸体盖5的沉孔在一个同心轴上，所述的活塞1、滚动膜片3、膜片压片4、缸体盖5、丝堵7和密封圈9构成密闭腔体。

本实施方式所述的活塞1侧表面设置水平-竖直式中心孔，水平-竖直式中心孔的水平孔与液压管道相连，垂直中心孔通过顶部沉孔与缸体径向限位结构连接，其水平-竖直的开孔方式便于供液，所述的活塞1的底部设置法兰，用于整体的安装，法兰上设置中心销孔，以实现活塞的准确定位，在不加压时，垫片2与活塞1的中部法兰相接触，中部法兰起到了缸体下限位的作用，可承受工件的重量，保证工件的安全。

本实施方式所述的滚动膜片3优选为F型（帽型）、FC型（帽型，预卷积）、D型、DC型（帽型，O型圈法兰，预卷积）、OB型或者P型膜片，使用时采用预卷积的方法进行安装，滚动膜片3的选材时要综合考虑膜片自身的磨损特性、抗拉强度、撕裂特性及其与活塞1、垫片2的摩擦阻力特性，并且与密闭腔体内所加入的液体种类有关，优选采用天然橡胶皮，密闭腔体内注入防锈工业用水。

本实施方式所述的缸体盖5为内腔双锥面结构，顶部中心设置排气孔，受力体径向限位结构8设置在缸体盖5的沉孔内并与缸体盖5柱面配合，丝堵7设置在缸体盖5的螺纹盲孔内，缸体盖5中心螺孔退刀槽的底部与丝堵7之间设置密封圈9，缸体盖5的螺纹盲孔可实现对丝堵7的紧固；安装丝堵7时，应压紧密封圈9以保证密封性，螺纹盲孔深度应使丝堵7沉头以保证受力体径向限位结构8能够陷入缸体盖5的顶部沉孔，通过丝堵7的松紧循环，可将密闭腔体与供液管路中的气泡排除。所述的密封圈优选为O型密封圈，材质优选为天然橡胶。本实施方式所述的缸体盖5和受力体径向限位结构8还可以制作成一个部件。

本实施方式所述的缸体径向限位结构6为凸台通孔结构，便于排气，在缸体径向限位结构6的侧壁上开孔，便于快速注入液体，供液前，结构6头部探入缸体盖5深度为a，受力体径向限位结构8的最高面位置低于工件最低面高度为b，推荐a≥b。本实施方式所述的缸体径向限位结构6和活塞1还可以制作成一个部件。

本实施方式所述的缸体上限位结构11与垫片2的下端面连接，圆周对称地设置在垫片2的四周，可避免液体压力过大时垫片2、缸体盖5等浮动部件的逃逸行为，从而保护滚动膜片。所述的缸体上限位结构的个数优选为3个。

本实施方式的活塞1、膜片压片4、缸体径向限位结构6、丝堵7、受力体径向限位结构8的材质优选为型号为304的不锈钢材料；垫片2、缸体盖5和缸体上限位结构11优选为型号为2A12的铝质材料。

本实施方式所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置在进行安装时在在水箱中进行以降低气泡含量，安装前将活塞1、膜片3、膜片压片4、缸体盖5、丝堵7和密封圈9构成密闭腔体所涉及的全部螺孔中的气泡加压排出，最大限度地消除内部气泡对结构刚度的影响，具体步骤如下：

1.将缸体径向限位结构6通过螺钉连接到活塞1；

2.将滚动膜片3陷入到垫片2；

3.将步骤1、步骤2组合体安装，在安装时要将滚动膜片3进行手工预卷积，对准孔位后盖上膜片压片4，用螺钉将其连接到活塞1，拧紧以确保滚动膜片3被膜片压片4压紧；

4.结构倒置，使用螺钉将缸体盖5隔着膜片保护片10和滚动膜片3连接到垫片2上，拧紧以确保滚动膜片3被压紧；

5.将缸体上限位结构11通过螺钉连接到垫片2上；

6.结构倒置，放置O型密封圈9，并拧上丝堵7，缓慢预紧，保证丝堵7的柱形凸台穿过O型密封圈9以将O型密封圈9同心固定；

7.将供液管接头安装到活塞1侧孔，连接支路管道、支路阀门、干路管道、干路阀门、排气管道、排气阀门、压强传感器和加压装置；装好丝堵后供液、加压，进行密封性测试；

8.通过密封性测试后，关闭各个支撑的支路阀门，将各静压支撑结构取出安装水箱，安装到加工台面的指定位置，将受力体径向限位结构8放入缸体盖5的沉台，即可组成用于超大口径光学加工的静压支撑装置。组成支撑系统时，各个支撑同样要在水中进行连接，排除干路管道中的气泡后方可打开支路阀门。

本发明所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，可用作光学加工、机械加工过程中的工件支撑，还可用作各种结构系统、机械系统中的支撑元件或运动元件。

Claims (6)

1.用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，该装置包括活塞（1）、垫片（2）、滚动膜片（3）、膜片压片（4）、缸体盖（5）、缸体径向限位结构（6）、丝堵（7）、受力体径向限位结构（8）、密封圈（9）和缸体上限位结构（11），所述的活塞（1）侧表面设置水平竖直式中心孔，缸体径向限位结构（6）为凸台通孔结构，缸体径向限位结构（6）与活塞（1）的水平竖直式中心孔中的垂直中心孔连接，活塞（1）与垫片（2）相接触，垫片（2）与缸体盖（5）通过滚动膜片（3）连接，滚动膜片（3）设置膜片压片（4），活塞（1）通过螺孔与滚动膜片（3）和膜片压片（4）连接，缸体盖（5）顶部中心从上到下依次设置沉孔、螺纹盲孔和排气孔，受力体径向限位结构（8）设置在缸体盖（5）的沉孔内并与缸体盖（5）柱面配合，缸体上限位结构（11）与垫片（2）的下端面连接，丝堵（7）设置在螺纹盲孔内，用于压紧置于螺纹盲孔中的密封圈（9），所述的活塞（1）的水平竖直式中心孔、垫片（2）的中心、缸体径向限位结构（6）中心的凸孔与缸体盖（5）的沉孔在一个同心轴上，所述的活塞（1）、滚动膜片（3）、膜片压片（4）、缸体盖（5）、丝堵（7）和密封圈（9）构成密闭腔体。

2.根据权利要求1所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，所述的滚动膜片（3）上还设置膜片保护片（10）。

3.根据权利要求2所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，所述的膜片保护片（10）为铜片。

4.根据权利要求1所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，所述的缸体上限位结构（11）的个数为3个。

5.根据权利要求1所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，所述的滚动膜片（3）为F型、FC型、D型、DC型、OB型或者P型膜片。

6.根据权利要求1所述的用于超大口径光学加工的静压支撑装置，其特征在于，所述的密封圈（9）为O型密封圈。