[發明專利]一種超精密加工用工件軸數控運動平臺裝置

有效

• 申請號: 201210597906.7
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103128602A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 陳明君;劉赫男;于霖;郭占玥;余波;彭慧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B55/06;B24B55/00;B24B41/04;B24B41/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種超精密加工用工件軸數控運動平臺裝置，屬于研拋加工技術領域。

技術背景

隨著現代科學技術的日益發展，在國防、航空航天及電子行業、生物醫療等領域，各種高精度高表面質量的小口徑非球面零件得到廣泛應用。這些零件其面型要求達到亞微米級的形狀精度、納米級的表面粗糙度和極小的亞表層損傷，需要經過超精密磨削和研拋加工，才能滿足其精度和表面質量的要求。對于這種復雜面型的高精度零件，其加工制造需要采用高精度多軸聯動加工裝備來實現。這種多軸聯動加工系統可以有多種不同的布局形式，例如一個五軸聯動的加工系統，大多采用由三個直線移動軸和兩個旋轉軸構成，即三維X、Y、Z軸移動，工件軸轉動和工具軸單元的擺動，可以通過控制機床上正交的X、Y兩個直線軸方向的運動帶動工件軸進給，同時控制工具單元的位置和轉角完成加工。

其中工件軸系統XY工作臺的直線進給運動一般采用直線電機單元驅動，直線電機對工作環境的要求比較嚴格，要嚴防磁導體吸附灰塵、粉末，如這些微粒被吸入直線電機的定子與動子間的空隙中，電機將不能正常工作，因此需要對直線電機的磁性結構環節進行有效防護。現階段，在研制小口徑非球面零件加工用多軸聯動加工機床中，當采用高精度直線電機作其直線運動部件時，對其防護仍有所欠缺，不能充分滿足防塵、隔磁、防切削液的要求；另外，安裝于XY二維工作臺上的工件主軸系統，其回轉速度遠低于刀具主軸轉速，并且對其回轉精度的要求也較高，由于常規的工件主軸系統通常結構復雜、體積龐大，不便于在小口徑非球曲面加工機床上應用。

發明內容

本發明為了解決利用現有的工件主軸系統存在結構復雜、體積龐大，并且對于高精度直線電機不能充分滿足防塵、隔磁、防切削液要求，不適于在小口徑非球曲面加工機床上應用的問題，進而提供一種超精密加工用工件軸數控運動平臺裝置。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

本發明所述的一種超精密加工用工件軸數控運動平臺裝置包括XY精密移動平臺、機床底座、蓋板、風琴防護罩、工作臺、工件主軸支架、工件主軸、CCD對刀裝置和回液槽；XY精密移動平臺含有X軸直線單元和Y軸直線單元，X軸直線單元置于Y軸直線單元上；機床底座上設有用于容納XY精密移動平臺的容腔，XY精密移動平臺置于機床底座的容腔內，工作臺安裝在XY精密移動平臺的X軸直線單元的上端面上，容腔的四周設有蓋板，工作臺的邊緣與蓋板之間設有風琴防護罩，容腔的上部敞口通過工作臺、工作臺四周的蓋板以及工作臺與蓋板之間的風琴防護罩蓋住，將所述XY精密移動平臺封裝在容腔內；工件主軸通過工件主軸支架安裝在工作臺上，且工件主軸的軸線與X軸直線單元的運動軸線平行，回液槽設置在工作臺上用于回收加工液；CCD對刀裝置安裝在蓋板上。

本發明的有益效果是：

本發明針對小口徑非球曲面零件超精密磨削和研拋加工的需要，提供一種高精度工件軸數控XY運動平臺裝置，該裝置采用高精度的直線電機運動單元作為主要運動部件，并設計了必要的防塵、防切削液濺射等安全保護裝置；在XY工作平臺上設計安裝有高精度的小型電主軸系統，在XY工作平臺的帶動下可進行X、Y軸方向的高精度直線運動。利用高精度的多軸運動控制器可以實現多軸聯動，完成非球曲面零件加工所需的運動軌跡。

所述裝置經試制試用被證明效果顯著，完全達到設計要求，X-Y軸行程100mm×100mm，在主要加工范圍50mm×50mm內，直線度≤3μm，閉環后的定位精度≤±0.3μm；工件主軸的跳動≤1μm。

本發明的具體優點為：

a)充分考慮了運動部件的安全防護，設置有防切屑、防塵和切削液防護裝置，確保了直線運動單元的安全運行；

b)工件回轉運動采用高精度小型電主軸系統，回轉精度高，配置靈活，適合于小型超精密加工裝置；

c)采用高精度的直線電機運動單元作為主要運動部件，并配以多軸控制器進行閉環控制，使裝置具有很高的運動精度，可用于小口徑高精度復雜曲面零件的超精密加工。

d)裝置的關鍵結構件——基座等均采用花崗巖材料來制作，可以很好的吸收振動，因而能夠較大的提高裝置的使用性能。

附圖說明

圖1是本發明的主視圖，圖2是圖1的左視圖(拆去回液槽和回液槽支架)，圖3是圖1的俯視圖。

圖4是本發明與垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置構成一種小口徑非球面永磁式磁流變拋光加工機床的立體圖；圖5是圖4的主視圖；圖6是圖5的左視圖，圖6-1是圖6的A向局部視圖；圖7是圖5的俯視圖。