灯杯整形抛光工艺及装置

技术领域

本发明涉及灯杯制造技术领域，尤其涉及灯杯整形抛光工艺及装置。

背景技术

灯杯连着灯头、护着灯芯，起聚光作用，灯杯产品是一种椭圆形的异形反光碗，可以应用于紫外曝光机里面。

灯杯的部分生产工序如下：通过热弯工艺制作成型的灯杯初坯，其端口凹凸不平，需要将凹凸不平的这多余的部分进行切除，从而得到常规所见的端口齐平的灯杯，而后还要对灯杯凹凸不平整的内表面进行抛光，同时对抛光精度要求高。

灯杯初坯端口的切除和内壁的抛光都首先要将其夹持固定，而由于灯杯初坯外形近似椭圆、不容易夹持。还要在灯杯初坯底部打孔，目的是中心找正，由于灯杯初坯形状的特殊性、不是标准的，就导致中心位置很难找准，造成灯杯加工难度很大。

灯杯在光学玻璃加工里面是个特殊产品，很少有人加工，加工工艺也各有不同，大都存在面型精度不高、光洁度不好，加工效率低，成本高，自动化程度低下，通用性不强的问题。

授权公开号CN207326637U公开了一种椭面形灯杯加工装置，其中偏心盘电机通过推拉杆带动高速电机沿着灯杯加工椭圆仿型轨道上下移动，高速电机上带有磨轮，实现对灯杯内壁的研磨。单一的研磨形式使得效果有限，而且如果要保证磨轮或是抛光轮与灯杯内壁的始终贴合，就要根据不同形状的灯杯、更换与之相适配的轨道，兼容性较低。

发明内容

本发明为了解决灯杯不易夹持、加工找正困难而且抛光精度不高的问题，提供灯杯整形抛光工艺及装置，在灯杯加工中设计万能工件夹具，实现对工件的夹持，同时设计找正工装能便捷灯杯的找正，还优化抛光机实现抛光的便捷以及精准度的提高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

灯杯整形抛光工艺，包括以下加工步骤：

步骤1、灯杯找正：带有中心柱的万能工件夹具安装在数控机床工作台上，工件搁置在万能工件夹具内、与中心柱保持间隔，数控机床主轴上安装找正工装，主轴下移、找正工装配合万能工件夹具夹持工件，由于工件为不规则曲面、且还未找正，因此工件可以晃动，人工持续晃动工件、配合塞尺测量，直至找正工装四周侧均与工件内壁保持贴合，这时就对工件实现了找中心；

步骤2、灯杯打孔：在万能工件夹具上安装多个挂板来钩挂工件端口、暂时固定工件，取下找正工装、主轴上更换钻头，数控机床主轴运行后、利用钻头进行打中心孔，打孔后将中心套嵌合在工件的中心孔和中心柱之间，就保证了工件和万能工件夹具同轴心；

步骤3、灯杯修整：取下钻头，在中心柱上安装压紧工装来紧密压紧工件内侧腰部，保证工件固定，而后取下挂板，避免与后续的工件端口修整产生干涉；在主轴上安装切割片，数控机床主轴运行后，利用切割片切割工件端口多余部分、直至工件端口平整；

步骤4、灯杯固定：在万能工件夹具上再次安装多个挂板，利用挂板压制工件平整的端口位置，此时工件相当于和万能工件夹具安装为一体，而后取下压紧工装和中心套；

步骤5、灯杯磨削：在主轴上安装半球形的金刚磨砂轮，主轴带动金刚磨砂轮运行，控制金刚磨砂轮运行轨迹，将工件内壁按照标准的曲线进行磨削；

步骤6、灯杯抛光：磨削后将带有多个挂板的万能工件夹具从数控机床工作台上拆下，再将万能工件夹具安装在三轴抛光机上，利用三轴抛光机对工件内壁进行抛光作业，同时向工件内添加抛光液。

用于实现上述工艺的灯杯整形抛光装置，包括用于工件整形的数控机床、用于安装工件的带有中心柱的万能工件夹具、用于工件中心找正的找正工装、用于打中心孔的钻头、用于压紧工件端口的挂板、用于定位工件中心的中心套、用于压紧工件腰部的压紧工装和用于工件内壁打磨的金刚磨砂轮以及用于工件内壁抛光的三轴抛光机；

所述万能工件夹具安装在数控机床或三轴抛光机上，万能工件夹具可以安装在数控机床的工作台上，也可以安装在三轴抛光机上，所述数控机床的主轴上设置所述找正工装或钻头或金刚磨砂轮，找正工装四周侧还带有滚珠，万能工件夹具边缘环向均设多个所述挂板，挂板可与万能工件夹具便捷拆装，所述中心套套设在中心柱上，中心套上端穿过工件底部的中心孔，所述压紧工装螺纹连接在中心柱内；

所述三轴抛光机包括底座、用于安装万能工件夹具的电动旋转平台和用于工件内壁抛光的抛光机构，所述底座中部设置所述电动旋转平台，其是通过电动机带动的旋转平台，底座周侧环向均设有三个所述抛光机构，抛光机构和底座滑动连接，便于调整抛光机构的位置。

进一步地，所述万能工件夹具包括夹具圆环架、中心柱和限位环，所述夹具圆环架结构可以适配灯杯，夹具圆环架底部中心设置所述中心柱，中心柱向上凸起，中心柱上插接所述中心套，中心套为中空圆柱体，夹具圆环架顶部可拆卸设置所述限位环，限位环规格大小可更换，限位环内壁与工件外壁滚动接触。

进一步地，所述夹具圆环架包括由下至上依次间隔排布的底盘、中环板和顶环板，所述底盘为圆盘状，所述中环板周侧设置有多个中柱来连接底盘，中柱用于中环板的支撑安装，中环板内径小于所述顶环板，顶环板周侧设置有多个顶柱来连接底盘，顶柱用于顶环板的支撑安装，中柱和所述顶柱由内至外排布；

所述底盘中心布设所述中心柱，中心柱内带有螺纹孔，便于压紧工装的连接，所述顶环板上方层叠布设所述限位环，限位环内壁环向均设有多个定位珠一，便于和工件外壁滚动接触。

进一步地，所述找正工装为“T”形圆盘结构，找正工装大径的一端伸入工件内侧底部，找正工装大径的一端环向均设有多个定位珠二，便于和工件内壁滚动接触。

进一步地，所述挂板包括水平布设的压块段和竖直布设的螺纹杆段，所述压块段和螺纹杆段连接组合后呈“L”形，压块段压紧工件端口，所述螺纹杆段穿设在万能工件夹具上、且连接有固定螺母来锁止。挂板可便于将工件固定在万能工件夹具内。

进一步地，所述压紧工装包括圆压板、压紧螺杆和压紧螺母，所述压紧螺杆螺纹连接在中心柱内，压紧螺杆一端穿过圆压板后、连接所述压紧螺母，所述圆压板紧抵在工件内侧腰部，便于将工件固定在万能工件夹具内。

进一步地，所述底座和每个抛光机构之间设置有手动丝杆滑台来滑动连接，可便于调整抛光机构距离工件的远近，所述抛光机构包括带有调节竖孔的立式调节架、带有偏心转盘的减速电机、调节连杆、内滑轨、弹性抛光轮、高度组件和带有内滑座的外滑轨；

所述立式调节架顶部设置所述减速电机，所述偏心转盘和所述内滑轨之间通过调节连杆来铰接，调节连杆长度可调，内滑轨下端伸入工件内连接所述弹性抛光轮，所述调节竖孔内可调连接所述高度组件，用于外滑轨的安装，高度组件上滑动设置所述外滑轨，外滑轨一端设置有用于内滑轨滑动的内滑座，外滑轨和滑动设在内滑座内的内滑轨组合呈“T”形的滑轨结构，内滑轨沿所述内滑座滑动。

进一步地，所述调节连杆包括上圆筒、下圆筒和调节圆杆，所述上圆筒和偏心转盘铰接，所述下圆筒和内滑轨铰接，上圆筒和下圆筒之间螺纹连接所述调节圆杆，进而实现调节连杆自身长度的调节；

所述高度组件包括外滑座和锁止套，所述外滑座一端带有螺纹轴，所述螺纹轴穿过调节竖孔后螺纹连接所述锁止套，外滑座和锁止套配合夹紧立式调节架，实现高度组件的锁止，外滑座滑动套在外滑轨外周。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的万能工件夹具是适配灯杯形状的，万能工件夹具可以螺栓安装在数控机床的工作台上，也可以螺栓安装在三轴抛光机上，其具有一定的通用性。万能工件夹具底部带有中心柱，可以配合中心套保证灯杯中心和万能工件夹具中心保持一致，实现对找正后灯杯的定位。万能工件夹具顶部可拆卸有限位环，限位环用于灯杯大口的定位，从而保证灯杯同轴布设在万能工件夹具内；限位环数量有多个，并且大小规格不同，进而适应不同规格灯杯的定位。

本发明对灯杯的找中心手段为采用找正工装，带有滚珠的找正工装伸入灯杯内，通过塞尺测量找正工装四周和灯杯内壁的间隙，从而能便捷找到灯杯中心，方便后续的修整和抛光。

本发明的挂板和压紧工装均可以实现对灯杯的压紧，使灯杯固定在万能工件夹具内。挂板和压紧工装所使用的工序不同，根据实际工序的不同，针对性选择挂板或压紧工装。

本发明先通过金刚磨砂轮对灯杯内壁进行标准椭圆曲面的磨削加工，而后利用三轴抛光机进行精细抛光。三轴抛光机上有三个抛光机构，抛光机构距离灯杯间距可调，能适应不同大小灯杯的抛光。抛光时偏心转盘可带动“T”形的结构的滑轨自由运行摆动，能够适应灯杯曲面的轨迹和距离。三个弹性的抛光轮可以完美贴合工件内壁，沿着灯杯内壁曲面自由上下滑动，抛光效率高，抛光后的灯杯内壁光洁度好、面型精度也可提高。三轴抛光机不仅可适用椭圆形灯杯的抛光，还可用于球面、非球面形工件的抛光，加工不同曲面产品延伸性宽广。

附图说明

图1是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤1示意图。

图2是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤2示意图。

图3是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤3示意图。

图4是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤4示意图。

图5是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤5示意图。

图6是本发明灯杯整形抛光工艺的步骤6示意图，其中挂板未示出。

图7是本发明灯杯整形抛光装置的万能工件夹具、工件和找正工装组合示意图。

图8是本发明灯杯整形抛光装置的图7的主视图。

图9是本发明灯杯整形抛光装置的找正工装俯视图。

图10是本发明灯杯整形抛光装置的挂板安装主视图。

图11是本发明灯杯整形抛光装置的压紧工装示意图。

图12是本发明灯杯整形抛光装置的三轴抛光机轴测图之一。

图13是本发明灯杯整形抛光装置的三轴抛光机轴测图之二。

图14是本发明灯杯整形抛光装置的抛光机构示意图。

图15是本发明灯杯整形抛光装置的调节连杆在偏心转盘上可调安装示意图。

附图中标号为：1万能工件夹具，101夹具圆环架，1011底盘，1012中环板，1013顶环板，102中心柱，103限位环，2找正工装，3挂板，31压块段，32螺纹杆段，33固定螺母，4钻头，5中心孔，6中心套，7压紧工装，71圆压板，72压紧螺杆，73压紧螺母，8三轴抛光机，81底座，82电动旋转平台，83抛光机构，9立式调节架，91调节竖孔，10偏心转盘，11减速电机，12调节连杆，121上圆筒，122下圆筒，123调节圆杆，13内滑轨，14弹性抛光轮，15高度组件，151外滑座，152锁止套，16内滑座，17外滑轨，18手动丝杆滑台，19中柱，20顶柱，21定位珠一，22定位珠二，23工件，24金刚磨砂轮，25调节槽，26调节螺栓，27锁止螺母，28圆形隔板。

实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：

如图1~图6所示，灯杯整形抛光工艺，包括以下加工步骤：

步骤1、灯杯找正：将带有中心柱102的万能工件夹具1安装在数控机床工作台上，中心柱102位置是万能工件夹具1的中心。工件23搁置在万能工件夹具1内、与中心柱102保持间隔，工件23底部不会和中心柱102接触，这里工件23就是灯杯初坯，灯杯初坯为椭圆形。

在数控机床主轴上安装找正工装2，主轴下移使得找正工装2伸入工件23内部，进而找正工装2配合万能工件夹具1夹持工件23，这时要对工件23找中心。人工持续晃动工件23，由于工件23外形近似椭圆，晃动工件23时、找正工装2周侧边缘会和工件23内壁产生间隙，晃动工件23的同时配合塞尺测量、测量该间隙大小，直至找正工装2四周侧均与工件23内壁保持贴合，就实现了工件23的找正，如图1所示。

步骤2、灯杯打孔：在保证找正工装2四周与工件23内壁保持贴合的情况下，需要对工件23进行暂固。在万能工件夹具1边缘安装多个挂板3来钩挂工件23端口，在挂板3的压制作用下，将工件23紧压在万能工件夹具1上，进而暂时固定工件23。

工件23暂固后，取下找正工装2、在主轴上换上钻头4，数控机床主轴运行后、利用钻头4进行打中心孔5，打孔后会在工件23底部形成中心孔5，将中心套6嵌合在工件23中心孔5和中心柱102之间，能始终保证工件23和万能工件夹具1同中心，如图2所示。

步骤3、灯杯修整：打孔后取下钻头4，在中心柱102上安装压紧工装7来紧密压紧工件23内侧腰部，而后取下挂板3。相当于是将挂板3替换为压紧工装7，采用压紧工装7来将工件23紧压在万能工件夹具1上，取下挂板3是防止与后续的工件23不规整端口的整形产生干涉。

在数控机床主轴上安装切割片，主轴运行后，利用切割片切割工件23端口多余部分、直至工件23端口平整，如图3所示。

步骤4、灯杯固定：灯杯端口修整后，在万能工件夹具1上再次安装多个挂板3，利用挂板3压制工件23平整的端口位置，从而将工件23和万能工件夹具1安装为一体，而后取下压紧工装7和中心套6，仍能保证工件23的中心定位，如图4所示。

步骤5、灯杯磨削：在主轴上安装半球形的金刚磨砂轮24，主轴带动金刚磨砂轮24运行，控制金刚磨砂轮24运行轨迹，将工件23内壁按照标准的曲线进行磨削，如图5所示。根据灯杯初坯的轮廓形状进行相应的曲线磨削，例如灯杯初坯轮廓为椭圆形，就按照标准的椭圆曲线进行加工，灯杯初坯轮廓为半球形，就按照标准的半球形曲线进行加工，本实施例中，工件23内壁是按照标准的椭圆曲线进行加工。

步骤6、灯杯抛光：将带有多个挂板3的万能工件夹具1从数控机床工作台上拆下，在工件23和万能工件夹具1安装为一体的前提下，再将万能工件夹具1安装在三轴抛光机8上，利用三轴抛光机8对工件23内壁进行抛光作业，同时向工件23内添加抛光液，如图6所示。

在该工艺下，可以对工件23进行便捷且准确的找正，并能始终保证工件23中心和万能工件夹具1中心保持一致，相当于工件23和万能工件夹具1是一个整体，在此条件下能保证对工件23端口修整的平整和规范，并能方便后续的磨削和抛光。该整体可以直接安装在三轴抛光机8上，就无需再次找中心，利用三轴抛光机8来提高抛光精度。

如图7~图15所示，灯杯整形抛光装置，包括用于工件23整形的数控机床、用于安装工件23的带有中心柱102的万能工件夹具1、用于工件23中心找正的找正工装2、用于打中心孔5的钻头4、用于压紧工件23端口的挂板3、用于定位工件23中心的中心套6、用于压紧工件23腰部的压紧工装7和用于工件23内壁打磨的金刚磨砂轮24以及用于工件23抛光的三轴抛光机8。

万能工件夹具1可以安装不同规格、不同尺寸的灯杯。万能工件夹具1安装在数控机床或三轴抛光机8上，即工件23定中心、端口整形时，万能工件夹具1连同工件23一起安装在数控机床上；工件23整形后需要抛光时，万能工件夹具1连同工件23一同安装在三轴抛光机8上。

万能工件夹具1包括夹具圆环架101、中心柱102和限位环103，万能工件夹具1的主体是一个圆环框架，进而其内可以承载灯杯，如图7和图8所示。

夹具圆环架101包括由下至上依次间隔排布的底盘1011、中环板1012和顶环板1013，底盘1011为圆盘状，中环板1012周侧设置有多个中柱19来连接底盘1011，相当于是利用中柱19来支撑中环板1012。中环板1012内径小于顶环板1013，也就适应了灯杯上大下小的形状结构，顶环板1013周侧设置有多个顶柱20来连接底盘1011，相当于是利用顶柱20来支撑顶环板1013，中柱19和顶柱20沿着底盘1011中心由内至外排布。

夹具圆环架101底部中心设置中心柱102，即底盘1011中心布设中心柱102，中心柱102向上凸起，中心柱102内带有螺纹孔。在工件23打孔后、需要确保工件23中心固定时，中心柱102上插接中心套6，即中心套6套设在中心柱102上，中心套6上端穿过工件23底部的中心孔5，中心套6为中空圆柱体，就可保证工件23中心和万能工件夹具1保持一致。

夹具圆环架101顶部可拆卸设置限位环103，即顶环板1013上方层叠布设限位环103，限位环103和顶环板1013之间采用螺栓连接。限位环103用于工件23大端口的定位，限位环103内壁与工件23外壁滚动接触，就可实现对工件23大口的定位，这里限位环103内壁环向均设有多个定位珠一21，进而限位环103可以和工件23滚动接触。

在限位环103便捷拆卸的基础上，限位环103有不同的规格，这里只是限位环103的内径不同，进而根据相应规格的工件23，可以更换相适配的限位环103，由此实现对工件23大口的定位，这里工件23大口就是灯杯的端口附近位置。

数控机床的主轴上设置找正工装2或钻头4或金刚磨砂轮24，根据工序不同选择向相配套的工具。找正工装2为“T”形圆盘结构。在对工件23找正时，找正工装2大径的一端伸入工件23内侧底部，找正工装2四周侧还带有滚珠，能和工件23内壁滚动接触，即找正工装2大径的一端环向均设有多个定位珠二22。当所有的定位珠二22均和工件23内壁保持接触，就对工件23进行了找正，如图9所示。

万能工件夹具1边缘环向均设多个挂板3，通过挂板3对工件23进行压制，使其固定在万能工件夹具1上。挂板3包括水平布设的压块段31和竖直布设的螺纹杆段32，压块段31和螺纹杆段32连接组合后呈“L”形，如图10所示。

压块段31压紧工件23端口，螺纹杆段32穿设在万能工件夹具1上、且连接有固定螺母33来锁止。具体的，螺纹杆段32穿过限位环103和顶环板1013后连接固定螺母33，固定螺母33拧紧过程中，挂板3向下移动进而将工件23压制在万能工件夹具1内。

压紧工装7也是压制工件23的，使用时压紧工装7螺纹连接在中心柱102内，压紧工装7包括圆压板71、压紧螺杆72和压紧螺母73，如图11所示。压紧螺杆72螺纹连接在中心柱102内，压紧螺杆72一端穿过圆压板71后、连接压紧螺母73，压紧螺母73拧紧后、圆压板71紧抵在工件23内侧腰部，由此便可以对工件23形成稳定的压制、使其不可晃动。

三轴抛光机8不同于常规的抛光设备，三轴抛光机8包括底座81、用于安装万能工件夹具1的电动旋转平台82和用于工件23内壁抛光的抛光机构83，如图12和图13所示。在底座81中部设置电动旋转平台82，可以带动万能工件夹具1和工件23一同旋转，底座81周侧环向均设有三个抛光机构83，抛光机构83和底座81滑动连接，进而可以根据工件23大小调整抛光机构83的位置。

为实现抛光机构83的滑动，底座81和每个抛光机构83之间设置有手动丝杆滑台18来滑动连接。通过手动丝杆滑台18可使得三个抛光机构83相互靠近或远离，进而适配不同规格大小的工件23。三个抛光机构83均匀分布在工件23和万能工件夹具1的周侧。

抛光机构83包括带有调节竖孔91的立式调节架9、带有偏心转盘10的减速电机11、调节连杆12、内滑轨13、弹性抛光轮14、高度组件15和带有内滑座16的外滑轨17，如图14所示。

立式调节架9顶部设置减速电机11，减速电机11可带动偏心转盘10旋转，偏心转盘10和内滑轨13之间通过调节连杆12来铰接，即偏心转盘10通过调节连杆12带动内滑轨13运行。这里调节连杆12自身长短可调，调节连杆12包括上圆筒121、下圆筒122和调节圆杆123，上圆筒121和偏心转盘10铰接，下圆筒122和内滑轨13铰接，上圆筒121和下圆筒122之间螺纹连接调节圆杆123，通过旋转调节圆杆123可改变上圆筒121和下圆筒122间隔。

调节连杆12在和偏心转盘10安装时，上圆筒121可以在偏心转盘10上移动，具体的，在偏心转盘10上开设调节槽25，调节槽25贯穿偏心转盘10圆心，调节槽25截面为“凸”字形，上圆筒121可以安装在调节槽25的任意位置，如图15所示。这里在调节槽25内设置有调节螺栓26，调节螺栓26一端为阶梯状、滑接在调节槽25内，调节螺栓26另一端伸出调节槽25连接有锁止螺母27，调节螺栓26上套设有两个圆形隔板28，两个圆形隔板28之间的调节螺栓26上通过轴承转接有上圆筒121。

当拧紧锁止螺母27后，两个圆形隔板28夹紧轴承内圈、轴承外圈仍可自由转动，并且可实现上圆筒121的固定，即可将上圆筒121固定在调节槽25的某一位置。需要调节上圆筒121位置时，拧松锁止螺母27而后沿着调节槽25移动调节螺栓26即可。

内滑轨13下端伸入工件23内连接弹性抛光轮14，可以良好的贴合在工件23内表面，适用于曲面灯杯的加工。减速电机11运行后，通过内滑轨13可以带动弹性抛光轮14沿工件23内表面上下往复移动，从而进行抛光。

在调节竖孔91内可调连接高度组件15，高度组件15可以安装在调节竖孔91内的任意高度位置。高度组件15用于支撑外滑轨17，高度组件15包括外滑座151和锁止套152，外滑座151一端带有螺纹轴，螺纹轴穿过调节竖孔91后螺纹连接锁止套152，锁止套152为阶梯状。外滑座151和锁止套152配合夹紧立式调节架9，进而可实现高度组件15的固定，需要再次调整高度时，拧松锁止套152即可。

高度组件15上滑动设置外滑轨17，即外滑轨17置于外滑座151内滑动，外滑座151滑动套在外滑轨17外周，外滑轨17一端设置有用于内滑轨13滑动的内滑座16，内滑轨13沿内滑座16滑动。由此一来，内滑轨13和外滑轨17相互配合就形成了“T”形的滑轨结构，滑轨可以自由运行，以便适应弹性抛光轮14在工件23内表面的位置。

三轴抛光机8的原理为：整形后的工件23连同万能工件夹具1一同安装在电动旋转平台82上，根据工件23大小调整抛光机构83位置后，再调整内滑轨13和外滑轨17位置，弹性抛光轮14置于工件23内与其内壁贴合。

电动旋转平台82运行，带动工件23和万能工件夹具1一同高速旋转，与此同时，减速电机11带动偏心转盘10转动，偏心转盘10拉动“T”形的滑轨自由运行，可适应工件23曲面的轨迹和距离，还适应弹性抛光轮14在工件23上面的位置。滑轨上面有弹性抛光轮14，三个弹性抛光轮14分别沿着灯杯内壁曲面自由上下滑动，有灯杯作为旋转动力，可完成抛光工序，提高抛光精度和效率。在抛光过程中不断的给工件23上面添加抛光液，抛光液是循环添加，重复使用。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。