小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床制造技术

小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，属于精密及超精密加工技术领域。本发明专利技术针对的是具有内凹面的小尺寸薄壁复杂结构件的超精密磨削加工较为困难的问题。本发明专利技术采用小尺寸球头砂轮以斜轴磨削方式对零件进行加工，砂轮主轴通过转台安装于Z轴运动平台上形成斜轴磨削装置，X、Y运动平台通过“十字”堆叠形式构成精密二维装置实现二维的平面运动。通过多轴控制系统控制运动平台实现四轴联动，形成零件的加工轨迹，并与主轴倾斜和转台旋转相配合避免加工过程中干涉的产生。同时具有磨削和电火花砂轮在位修整两工位，实现加工过程中球头砂轮的在位修整。本发明专利技术用于小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用。

Machine tool for Ultraprecision grinding of small size thin wall complex structure parts

The utility model relates to a super precision grinding machine tool for small size thin-wall complex structural parts, belonging to the technical field of precision and ultra precision machining. The invention aims at the difficult problem of ultra precision grinding process of small size thin-wall complex structure with concave concave surface. The invention adopts small size ball grinding wheel for processing parts with inclined axis grinding, grinding wheel spindle by turntable inclined axis grinding device is formed on the Z axis motion platform, the realization of two-dimensional plane motion of two dimensional precision device X, Y platform through cross stack. Through the multi axis control system, the moving platform is controlled to realize the four axis linkage, forming the machining locus of the part, and matching with the inclination of the main shaft and the rotation of the turntable, avoiding the interference during the processing. At the same time, grinding and EDM grinding wheel in place two stations, to achieve the ball head grinding process in place. The invention is used for ultra precision grinding of small size thin-walled complex structural parts.

【技术实现步骤摘要】
小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床
本专利技术属于精密及超精密加工

技术介绍
当前精密及超精密加工技术在尖端产品、国防工业和微电子工业等相关领域中占有重要的地位。相关行业对所需求的零件也提出了越来越高的加工要求，不仅要求具有较高的面形精度、表面粗糙度和较低的亚表层损伤，而且零件形状也更加复杂化、材料多样化，除了传统的塑性金属材料，也向脆性的非金属材料发展。而随着超精密磨削技术的不断发展，尤其是具有诸多优点的超硬磨料磨削技术，在该类零件的加工中起到了不可替代的作用。在航空航天领域中，相关的核心部件也具有小型化和结构异形化的发展趋势。例如一种Ψ形元件，其总体尺寸小于50mm，口径小于40mm，壁厚小于1.5mm，最小加工曲率半径小于2mm。是一种典型的薄壁复杂结构件。采用传统的垂直轴磨削方式时，由于零件的内、外表面和内、外杆均需要进行超精密磨削加工，同时零件的口径较小，加工砂轮及相关零部件极易与工件干涉，损坏工件，造成加工失败，因此无法满足该类零件的加工要求。同时该零件采用较为难加工的熔融石英作为原材料，超精密磨削过程中砂轮磨损较为严重，会对加工工件的面形精度带来不可忽视的影响，并且也会恶化加工表面质量。同时较高的面形精度要求和较薄的壁厚，决定加工装置应具有良好的静动态特性。因此为了满足在加工过程中可以避免干涉的产生，同时也可以对砂轮进行在位修整，对具有良好的静动态特性的超精密磨削机床提出了需求。
技术实现思路
本专利技术是针对具有内凹面的小尺寸薄壁复杂结构件的超精密磨削加工较为困难的问题，提出了一种小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床。本专利技术所述的小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，它包括机床基座1、Y轴直线运动平台2、X轴直线运动平台3、风琴防护罩支架4、风琴防护罩5、竖直结构件7、工件主轴8、工件主轴固定装置9、修整电极主轴10、电火花修整工具电极11、电火花修整供电装置12、超精密直线运动平台13、修整电极主轴固定装置14、超精密直线定位平台15、一维精密微调位移平台16、Z轴运动平台17、转台连接件18、直驱精密转台19、砂轮主轴20、砂轮主轴固定装置21、小直径半球头砂轮22、CCD对刀监控装置23和工作台24；机床基座1包括底座和上层四个挡块，所述四个挡块的底边均垂直设置在底座的上表面，且四个挡依次连接构成矩形框；Y轴直线运动平台2固定在机床基座1的上表面，X轴直线运动平台3通过定位销和螺钉固定在Y轴直线运动平台2的上表面，所述X轴直线运动平台3的运动轴线与Y轴直线运动平台2的运动轴线相互垂直；X轴直线运动平台3的运动部件通过螺钉与工作台24连接，工作台24的T形槽的方向与X轴运动方向相同；工件主轴固定装置9、超精密直线运动平台13、电火花修整供电装置12和CCD对刀监控装置23均固定在工作台24的上表面；工件主轴8装夹在工件主轴固定装置9上，修整电极主轴固定装置14固定在超精密直线运动平台13上，修整电极主轴10装夹在修整电极主轴固定装置14上，CCD对刀监控装置23用于安装CCD相机，机床基座1上层四个挡块的内侧和X轴直线运动平台3的四周均固定有风琴防护罩支架4；风琴防护罩5包括四部分，分别通过风琴防护罩支架4装设在机床基座1上层四个挡块与X轴直线运动平台3之间；Z轴运动平台17通过螺钉固定在竖直结构件7的竖直安装面上，Z轴运动平台17的运动轴线与X轴直线运动平台3的运动轴线及Y轴直线运动平台2的运动轴线均相互垂直；直驱精密转台19通过转台连接件18与Z轴运动平台17的运动部件固定连接，一维精密微调位移平台16安装在直驱精密转台19的下端，超精密直线定位平台15固定在一维精密微调位移平台16上，且一维精密微调位移平台16的运动轴线与超精密直线定位平台15的运动轴线垂直，砂轮主轴固定装置21固定连接超精密直线定位平台15的下端，砂轮主轴20装夹于砂轮主轴固定装置21上。本专利技术所述机床采用小尺寸球头砂轮以斜轴磨削方式对零件进行加工，砂轮主轴通过转台安装于Z轴运动平台上形成斜轴磨削装置，X、Y运动平台通过“十字”堆叠形式构成精密二维装置实现二维的平面运动。通过多轴控制系统控制运动平台实现四轴联动，形成零件的加工轨迹，并与主轴倾斜和转台旋转相配合避免加工过程中干涉的产生。同时具有磨削和电火花砂轮在位修整两工位，实现加工过程中球头砂轮的在位修整，以保证磨削质量，实现超精密磨削。附图说明图1为本专利技术所述小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床的内部结构示意图；图2为本专利技术所述小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床的右视图；图3为本专利技术所述小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床的整体结构示意图；图4为具体实施方式六所述小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床的整体结构示意图；图5为机床整机的总体变形位移云图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，它包括机床基座1、Y轴直线运动平台2、X轴直线运动平台3、风琴防护罩支架4、风琴防护罩5、竖直结构件7、工件主轴8、工件主轴固定装置9、修整电极主轴10、电火花修整工具电极11、电火花修整供电装置12、超精密直线运动平台13、修整电极主轴固定装置14、超精密直线定位平台15、一维精密微调位移平台16、Z轴运动平台17、转台连接件18、直驱精密转台19、砂轮主轴20、砂轮主轴固定装置21、小直径半球头砂轮22、CCD对刀监控装置23和工作台24；机床基座1包括底座和上层四个挡块，所述四个挡块的底边均垂直设置在底座的上表面，且四个挡依次连接构成矩形框；Y轴直线运动平台2固定在机床基座1的上表面，X轴直线运动平台3通过定位销和螺钉固定在Y轴直线运动平台2的上表面，所述X轴直线运动平台3的运动轴线与Y轴直线运动平台2的运动轴线相互垂直；X轴直线运动平台3的运动部件通过螺钉与工作台24连接，工作台24的T形槽的方向与X轴运动方向相同；工件主轴固定装置9、超精密直线运动平台13、电火花修整供电装置12和CCD对刀监控装置23均固定在工作台24的上表面；工件主轴8装夹在工件主轴固定装置9上，修整电极主轴固定装置14固定在超精密直线运动平台13上，修整电极主轴10装夹在修整电极主轴固定装置14上，CCD对刀监控装置23用于安装CCD相机，机床基座1上层四个挡块的内侧和X轴直线运动平台3的四周均固定有风琴防护罩支架4；风琴防护罩5包括四部分，分别通过风琴防护罩支架4装设在机床基座1上层四个挡块与X轴直线运动平台3之间；Z轴运动平台17通过螺钉固定在竖直结构件7的竖直安装面上，Z轴运动平台17的运动轴线与X轴直线运动平台3的运动轴线及Y轴直线运动平台2的运动轴线均相互垂直；直驱精密转台19通过转台连接件18与Z轴运动平台17的运动部件固定连接，一维精密微调位移平台16安装在直驱精密转台19的下端，超精密直线定位平台15固定在一维精密微调位移平台16上，且一维精密微调位移平台16的运动轴线与超精密直线定位平台15的运动轴线垂直，砂轮主轴固本文档来自技高网...

【技术保护点】
小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，其特征在于，它包括机床基座(1)、Y轴直线运动平台(2)、X轴直线运动平台(3)、风琴防护罩支架(4)、风琴防护罩(5)、竖直结构件(7)、工件主轴(8)、工件主轴固定装置(9)、修整电极主轴(10)、电火花修整工具电极(11)、电火花修整供电装置(12)、超精密直线运动平台(13)、修整电极主轴固定装置(14)、超精密直线定位平台(15)、一维精密微调位移平台(16)、Z轴运动平台(17)、转台连接件(18)、直驱精密转台(19)、砂轮主轴(20)、砂轮主轴固定装置(21)、小直径半球头砂轮(22)、CCD对刀监控装置(23)和工作台(24)；机床基座(1)包括底座和上层四个挡块，所述四个挡块的底边均垂直设置在底座的上表面，且四个挡依次连接构成矩形框；Y轴直线运动平台(2)固定在机床基座(1)的上表面，X轴直线运动平台(3)通过定位销和螺钉固定在Y轴直线运动平台(2)的上表面，所述X轴直线运动平台(3)的运动轴线与Y轴直线运动平台(2)的运动轴线相互垂直；X轴直线运动平台(3)的运动部件通过螺钉与工作台(24)连接，工作台(24)的T形槽的方向与X轴运动方向相同；工件主轴固定装置(9)、超精密直线运动平台(13)、电火花修整供电装置(12)和CCD对刀监控装置(23)均固定在工作台(24)的上表面；工件主轴(8)装夹在工件主轴固定装置(9)上，修整电极主轴固定装置(14)固定在超精密直线运动平台(13)上，修整电极主轴(10)装夹在修整电极主轴固定装置(14)上，CCD对刀监控装置(23)用于安装CCD相机，机床基座(1)上层四个挡块的内侧和X轴直线运动平台(3)的四周均固定有风琴防护罩支架(4)；风琴防护罩(5)包括四部分，分别通过风琴防护罩支架(4)装设在机床基座(1)上层四个挡块与X轴直线运动平台(3)之间；Z轴运动平台(17)通过螺钉固定在竖直结构件(7)的竖直安装面上，Z轴运动平台(17)的运动轴线与X轴直线运动平台(3)的运动轴线及Y轴直线运动平台(2)的运动轴线均相互垂直；直驱精密转台(19)通过转台连接件(18)与Z轴运动平台(17)的运动部件固定连接，一维精密微调位移平台(16)安装在直驱精密转台(19)的下端，超精密直线定位平台(15)固定在一维精密微调位移平台(16)上，且一维精密微调位移平台(16)的运动轴线与超精密直线定位平台(15)的运动轴线垂直，砂轮主轴固定装置(21)固定连接超精密直线定位平台(15)的下端，砂轮主轴(20)装夹于砂轮主轴固定装置(21)上。...

【技术特征摘要】
1.小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，其特征在于，它包括机床基座(1)、Y轴直线运动平台(2)、X轴直线运动平台(3)、风琴防护罩支架(4)、风琴防护罩(5)、竖直结构件(7)、工件主轴(8)、工件主轴固定装置(9)、修整电极主轴(10)、电火花修整工具电极(11)、电火花修整供电装置(12)、超精密直线运动平台(13)、修整电极主轴固定装置(14)、超精密直线定位平台(15)、一维精密微调位移平台(16)、Z轴运动平台(17)、转台连接件(18)、直驱精密转台(19)、砂轮主轴(20)、砂轮主轴固定装置(21)、小直径半球头砂轮(22)、CCD对刀监控装置(23)和工作台(24)；机床基座(1)包括底座和上层四个挡块，所述四个挡块的底边均垂直设置在底座的上表面，且四个挡依次连接构成矩形框；Y轴直线运动平台(2)固定在机床基座(1)的上表面，X轴直线运动平台(3)通过定位销和螺钉固定在Y轴直线运动平台(2)的上表面，所述X轴直线运动平台(3)的运动轴线与Y轴直线运动平台(2)的运动轴线相互垂直；X轴直线运动平台(3)的运动部件通过螺钉与工作台(24)连接，工作台(24)的T形槽的方向与X轴运动方向相同；工件主轴固定装置(9)、超精密直线运动平台(13)、电火花修整供电装置(12)和CCD对刀监控装置(23)均固定在工作台(24)的上表面；工件主轴(8)装夹在工件主轴固定装置(9)上，修整电极主轴固定装置(14)固定在超精密直线运动平台(13)上，修整电极主轴(10)装夹在修整电极主轴固定装置(14)上，CCD对刀监控装置(23)用于安装CCD相机，机床基座(1)上层四个挡块的内侧和X轴直线运动平台(3)的四周均固定有风琴防护罩支架(4)；风琴防护罩(5)包括四部分，分别通过风琴防护罩支架(4)装设在机床基座(1)上层四个挡块与X轴直线运动平台(3)之间；Z轴运动平台(17)通过螺钉固定在竖直结构件(7)的竖直安装面上，Z轴运动平台(17)的运动轴线与X...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明君，王廷章，刘赫男，程健，张杰，高万彬，方针，于波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23