一種混合直線回轉快速刀具伺服裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種實現金剛石車削創成非回轉對稱光學曲面的大沖程高精密混合直線回轉快速刀具伺服裝置。該裝置主要由直線快速刀具伺服、回轉快速刀具伺服和支架組成，回轉快速刀具伺服的無刷直流電機固定在支架頂部，并通過梅花式彈性聯軸器與刀臂軸相連，刀臂軸由裝在支架上的一對上、下氣體靜壓軸承支撐，上、下氣體靜壓軸承采用上、下迷宮密封和上、下軸承蓋密封，刀臂固定在刀臂軸中部，刀具安裝在刀臂前端，在支架底部刀臂軸的末端安裝了用于測量角位移的光電編碼器；直線快速刀具伺服與回轉快速刀具伺服固定聯接，兩者為運動解耦。本實用新型專利技術可實現刀尖相對于工件的快速往復直線和往復擺動運動，主要應用于ＮＲＳ光學曲面的金剛石車削創成。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種快速刀具伺服(Fast Tool Servo,以下簡稱FTS)裝置，特別是涉 及一種金剛石車削創成非回轉對稱(Non-Rotetionally Symmetric,以下簡稱NRS)光學曲面 的大沖程高精密混合直線/回轉快速刀具伺服裝置，屬于精密加工和復雜光學元件加工等技 術領域。 宵京伎不NRS光學曲面可克服光學系統的各種像差，改善光學性能，減縮光學系統的尺寸，使 光學系統輕量化。由于NRS光學曲面的卓越性能，這將使得突破性的光學設計成為可能， NRS光學曲面將不僅在空間探索和空中防御系統等領域中有著璽要的應用，而且在其它面 向消費者的工業領域也將日益受到關注。近年來，基于FTS的金剛石車削被國際工程界和學術界普適認為是創成NRS光學曲面 的最有發展前途的、高效精密及低成本的加工方法，可以克服其它的NRS光學曲面加工方 法的一些不足。圖1示出了基于FTS的金剛石車削創成NRS光學曲面的原理。在圖1中， 工件安裝在主軸上，主軸單元可沿X軸導軌移動，金剛石刀具安狻在FTS上沿Z'軸作快速 往復移動，而FTS安裝在Z軸溜板上。NRS曲面定義為徑向坐標x和主軸回轉坐標9的函 數z (x， 8)。要創成NRS光學曲面，根據主軸繞Z軸的回轉坐標6 (C軸)和金剛石刀具 沿X軸橫向進給的徑向坐標x,對刀具的Z軸坐標z或鄰FTS的Z嘲位置z'進行伺服控制。根據刀具軌跡的運動型式，現有的FTS裝置主要包括直線型FTS和回轉型FTS。這 些FTS裝置都是單自由度的，僅可實現刀尖相當于工件的往復直線或往復擺動運動。這類 FTS的主要缺陷是，刀尖相對于被加工表面易發生幾何干涉，難以實現微結構光學元件的加 工；此外刀刃-工件的接觸點始終在變化，導致切削力總是波動的，影響光學元件的加工質 量。在超精密加工的其它一些領域，還提出了兩個自由度以上的微動工作臺，主要用于加工 誤差補償。這些多自由度微動工作臺還不能直接應用于NRS光學曲面的金剛石車削創成， 主要問題在于結構復雜，靜/動態特性難以滿足NRS光學曲面加工的要求，尤其是多個自 由度的運動耦合導致控制上的困難。根據FTS的驅動技術，現有的FTS裝置主要分為基于壓電效應的FTS、洛倉茲力型 FTS、麥克斯韋力型FTS和基于磁致伸縮效應的FTS。這些FTS驅動方式的特點是壓電型 FTS適合于高頻響短行程場合；洛侖茲力FTS可獲得毫米級的長行程麥克斯韋力FTS則 將超高頻響性能發揮至最大基于磁致伸縮效應的FTS尚未取得明顯的效果。為解決現有FTS存在的問題，本技術基于M茲力型驅動方式，提供一種運動解耦的長行程高精密混合直線/回轉FTS,可實現刀尖相對于工件的快速往復直線和往復擺動 運動，主要應用于NRS光學曲面的金剛石車削創成。本技術的主要優點在于基于洛 侖茲力型驅動，可獲得FTS的大行程往復運動，從而適合NRS曲面加工有大行程需要的場 合；實現了刀尖相對于工件的運動解耦的往復直線和往復擺動運動，克服了單自由度FTS 的刀尖-工件干涉的問題，為主動控制切削力和表面質量提供了可行性，而且解耦的混合直 線徊轉運動，控制十分方便、易于實現；同時還具有結構緊湊、反沖力凍較小等特點。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種運動解耦的大行程高精密混合直線回轉快速刀具伺服裝 置，實現刀尖相對于工件的快速往復直線和往復擺動運動，以解決現有FTS存在的上述問 題，主要應用于NRS光學曲面的金剛石車削創成。本技術的上述目的通過以下技術方案實現-一種混合直線回轉快速刀具伺服裝置，主要由直線快速刀具伺服、回轉快速刀具伺服和 支架組成，所述的回轉快速刀具伺服包括無刷直流電機7、刀臂10和光電編碼器i.,所述的 無刷直流電機7固定在支架14頂部，并通過梅花式彈性聯軸器6與刀臂軸相連，刀臂軸由 裝在支架14上的一對上、下氣體靜壓軸承3, 8支撐，上、下氣體靜壓軸承8, 3采用上、 下迷宮密封9， ll和上、下軸承蓋5， 2密封，刀臂10固定在刀臂軸中部，刀具安裝在刀臂 IO前端，在支架14底部刀臂軸的末端安裝了用于測量角位移的光電編碼器!.；所述的直線 快速刀具伺服與回轉快速刀具伺服固定聯接，兩者為運動解耦。所述的支架14為一個整體結構，分為上、中、下三層，支架頂部Wb設有與無刷直流 電機7止口相配合的孔，該孔四周均布有安裝回轉電機7的螺紋 L,第一層安裝梅花式彈性 聯軸器6,第二層和第三層分別為上軸承座13和下軸承座12,在軸承孔的四周均布有安裝 上、下軸承蓋5， 2和上、下迷宮密封的靜止部分9a， llb的螺紋孔；支架14底部的兩個支 腳14a上分別設有與導軌滑塊20圃定連接的螺紋孔和銷孔，在支架14中部兩側的側板上分 別設有一個防止與刀臂10運動發生干渉的槽14c,在支架14的上部和中部的后側，分別開 有安裝零部件的方形孔14d, 14e。所述的上、下氣體靜壓軸承8, 3采用小孔節流器，進氣孔均布在氣體靜壓軸承的端面, 每個進氣孔設有雙排小孔節流器所述的上、下迷宮密封9， ll采用的軸向密封形式，分為 上、下靜止部分9a， llb和上、下轉動部分9b， lla,上、下靜止部分9a, Ub通過螺紋聯 接固定在上、下軸承座13, 12上，上、下轉動部分9b, lla通過螺紋聯接固定在刀臂軸上， 并隨刀臂軸轉動；所述的上軸承座13的上端和下軸承座12的下端aa上、下軸承蓋2， 5 密封，上、下軸承蓋2， 5都用螺紋聯接分別固定在上、下兩個軸承座13, 12上，上、下軸 承蓋2, 5上分別設有用于安裝上、下氣體靜壓軸承8， 3的供氣管道孔。所述的刀臂10由刀具高度調整結構4調整，刀具高度調整結構4包括楔形塊4A和調 節螺釘4B,刀臂10設有與楔形塊4A相匹配的楔形槽，調節螺釘4B與楔形塊4A連接，通 過調節位置不變的調節蠊釘4B來調節楔形塊4A在楔形槽內的位置所述的刀具選擇單點電編碼器1采用具有低轉動慣量、高分辨率的空心聯軸節式光電編碼器。所述的直線快速刀具伺服包括精度不同的光柵尺次尺15和光柵尺主尺16、直線電機初 級17、直線電機次級18、氣體靜壓導軌、導軌滑塊20和16個多 L制節流器，導軌基座14 和導軌滑塊20分別與直線電機初級17和直線電機次級18通過螺紋連接固定，直線電機次 級18帶動導軌滑塊20沿氣體靜壓導軌做往復快速運動，精度不同的光柵尺次尺15和光柵 尺主尺16分別與導軌滑塊20和導軌基座19通過螺紋聯接固定e所述的導軌滑塊20的長度大于導軌基座19的長度，節流器、供氣管道和供電線路設在 導軌基座19上，氣體靜壓導軌為采用由陶瓷圓墊制成的多孔制節流器，多孔制節流器的安 裝孔設在導軌基座19的兩個對稱的四棱柱結構上，在兩個四棱柱的上表面2a, 2b和側面 2c， 2d分別各設有4個多 L制節流器的安裝孔4a， 4b, 4c, 4d,導軌滑塊20由導軌滑塊20 與導軌基座19之間的氣膜支撐，在兩個四棱柱中間設有形成二次節流的淺溝槽3a, 3b, 3c, 3d，導軌滑塊20的4個氣浮表面2A， 2B, 2C, 2D分別依次與導軌基座19的氣浮表面2a, 2b， 2c, 2d相對應，以形成供氣后的支撐氣膜，導軌滑塊20頂部設有與支架14的支腳相 匹配的溝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合直線回轉快速刀具伺服裝置，主要由直線快速刀具伺服、回轉快速刀具伺服和支架組成，其特征在于所述的回轉快速刀具伺服包括無刷直流電機（７）、刀臂（１０）和光電編碼器（１），所述的無刷直流電機（７）固定在支架（１４）頂部，并通過梅花式彈性聯軸器（６）與刀臂軸相連，刀臂軸由裝在支架（１４）上的一對上、下氣體靜壓軸承（３，８）支撐，上、下氣體靜壓軸承（８，３）采用上、下迷宮密封（９，１１）和上、下軸承蓋（５，２）密封，刀臂（１０）固定在刀臂軸中部，刀具安裝在刀臂（１０）前端，在支架（１４）底部刀臂軸的末端安裝了用于測量角位移的光電編碼器（１）；所述的直線快速刀具伺服與回轉快速刀具伺服固定聯接，兩者為運動解耦。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周曉勤，許蓬子，趙宏偉，史國權，王義強，王曉軍，李國發，呼詠，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：實用新型
國別省市：82[中國|長春]