[實用新型]大型平面的超精密自動化加工裝置

無效

• 申請號: 201120159388.1
• 申請日: 2011-05-18
• 公開（公告）號: CN202088044U
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 呂迅;袁巨龍;譚大鵬
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B7/10
• 分類號: B24B7/10;B24B41/047
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本實用新型涉及一種大型平面的超精密自動化加工裝置。

技術背景

大型平面在精密測量、精密機械等領域得到廣泛應用。如：精密測量平臺、機床導軌平面、機床工作臺、大型精密光學平面、大型精密平面磨具等。這些精密的大型平面零件對表面精度和表面質量要求極高。如激光核聚變裝置所用的大口徑光學元件KDP晶體(450mm×450mm)要求表面PV值達到λ/4(λ＝0.63μm)。用于加工塑料薄膜的精密模具核心部件-大型擠出平模頭要求每100平方毫米平面度要求為0.02μm，表面粗糙度在0.01μm以內。

大型平面的加工精度受制于加工裝備本身的精度，而大型平面加工裝備的尺寸往往較大，因此要做出高精度的加工設備代價極高。國外發達國家在高精度的大型加工裝備和技術上對我國嚴格封鎖，導致國內大型平面精密加工技術嚴重滯后，不具備高精度的大型平面批量生產能力。目前，國內大型平面的超精密加工是在精密平面銑磨基礎上，再采用人工研磨或刮研的方法，來實現最終的平面度要求。而這些人工的加工方法存在的普遍問題是：(1)對工人的技術要求高；(2)工藝的穩定性差；(3)產品的一致性差；(4)生產效率低。這制約了大型平面高精度加工的穩定性，加工成本居高。

數控加工技術具有閉環控制、執行速度快、記憶準確等優勢，可使加工的重復精度及效率大幅度提高。現有的磨粒數控加工(如CCOS加工技術)是根據檢測的平面面形誤差數據，建立加工過程的控制模型，用計算機控制一個小磨頭對光學零件進行研磨或拋光，通過控制小磨頭在工件表面的駐留時間來控制材料的去除量，實現向理想平面收斂。但是這種磨粒加工中，小磨頭在某一瞬時都是一加工區域面積，而非逐點加工。CCOS加工中向理想面形收斂的必要條件是其磨頭去除函數趨向δ函數。這兒磨頭去除函數定義為單位周期內磨頭加工區域內的材料去除率分布。因此不能采用繞磨頭軸線旋轉的磨頭結構(其瞬時加工區域中心速度為零)。現有的磨粒數控加工方法其磨頭結構和運動形式主要為行星式或平動式，其磨頭結構復雜，去除中心的相對速度不高，即去除中心的去除率不大，因此這些磨頭結構的加工方法向理想平面的收斂速度不高或不能收斂，使加工成本和加工精度上難以實現。

實用新型內容

為克服現有技術的上述缺點，本實用新型提供了一種加工效率高，加工精度高的大型平面的超精密自動化加工裝置。

大型平面的超精密自動化加工裝置，包括放置工件的工作臺，傾斜設置的、用于研磨工件的臥式磨頭機構，帶動所述的臥式磨頭機構沿工件的橫向往復移動的橫向驅動機構和帶動所述的磨頭機構沿工件的縱向往復移動的縱向驅動機構；

所述的臥式磨頭機構包括磨頭和與所述的磨頭連接的磨頭電機；

所述的橫向驅動機構包括沿工件橫向設置的絲杠機構，和與絲杠機構的螺母固接的托板；所述的托板上設有氣缸，氣缸推桿的頂推動與氣缸連接件固接，所述的氣缸連接件與所述的磨頭電機固接；

所述的縱向驅動機構包括沿工件縱向設置的導軌，與所述的導軌滑動連接的滑座，和推動所述的滑座沿所述的導軌滑動的動力機構；

所述的橫向驅動機構固定于所述的滑座上。

進一步，所述的磨頭呈球形。

進一步，所述的磨頭電機的外殼通過轉軸與所述的氣缸連結鉸接，所述的氣缸連結件上設有鎖定電機與待加工工件夾角的定位銷及鎖緊螺母。

本實用新型的技術構思是：由于臥式磨頭機構在加工區域對工件的相對速度是以圓周線速度，磨頭機構在橫向驅動機構和縱向驅動機構的帶動下作平移運動，且磨頭在磨頭電機的帶動下自轉，磨頭的速度很高。且磨頭是球形結構，加工時接觸區域半徑小，且在接觸圓心接觸應力最大，往邊沿迅速衰減。根據Preston方程，材料的去除率正比磨頭相對工件的壓力和速度，由下式給出：

ΔZ(x，y)＝CP(x，y)V(x，y)

因此CCFMT磨頭去除函數如圖5所示，即趨向于δ函數。通過多直線度測量及數據處理，得到大型平面的面形誤差，從而計算出磨頭駐留函數。由計算機控制臥式磨頭按給定路徑加工，使大型平面快速收斂于理想平面。磨頭的加工路徑可依據經驗選擇。

本實用新型所述的大型平面加工方法的有益效果主要表現在：

(1)采用球形臥式小磨頭，可使磨頭去除函數趨向于δ函數；

(2)臥式小磨頭相對于工件的線速度高，加工效率高；

(3)采用多直線度測量及數據處理技術，檢測出大型平面的面形誤差，并以此進行加工，對機床本身精度要求不高；

通過對臥式小磨頭加工路徑、駐留時間的數字控制，實現對大型平面超精密加工的自動化。