一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备制造技术

一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，属于超精密加工技术领域。辊筒模具安装在辊筒机床上，刀具组件设置在辊筒模具下方，且刀具组件安装在串联双转台上，串联双转台通过XYZ轴位移台安装在辊筒机床上。本发明专利技术利用辊筒机床在大尺寸辊筒模具上加工柱面菲涅尔，充分发挥柱面菲涅尔的大尺寸优势，改进了柱面菲涅尔仿形加工方法，去除了用于调整刀具的手动位移台，保证机床整体刚度；同时主轴C轴采用气体静压主轴，将刚度和承载两者进行耦合从而使气浮主轴具有极高的回转精度以及刚度，大大提高其抗干扰能力，X轴和Z轴均为液体静压导轨，低速无爬行，在保证承载力的同时提高了直线运动精度，达到超精密加工要求。达到超精密加工要求。达到超精密加工要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备


[0001]本专利技术属于超精密加工
，具体涉及一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备。

技术介绍

[0002]菲涅尔结构有很广泛的应用，菲涅尔透镜将传统凸透镜分割成微圆弧，每个微圆弧投影在平面上，并简化成线段，从而将三维光学元件变成二维光学元件，在缩小体积的同时也可以达到同样的光学效果。菲涅尔结构以重量轻、体积小等优势广泛应用于太阳能聚焦、宏观微观成像等许多领域，例如聚光光伏系统的聚光镜、激光电视的抗光幕等。随着科技的快速发展，大口径菲涅尔光学元件的需求量越来越大，柱面菲涅尔加工方法可以减小机床尺寸，降低模具成本，结合Roll
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Roll复制技术，可以高效大批量生产菲涅尔元件。
[0003]近年来大口径菲涅尔元件的产量需求越来越大，虽然菲涅尔结构的加工方式灵活多变，但都不适合制造大口径菲涅尔元件。目前大批量制造大口径菲涅尔元件的一般方法是在平板上超精密车削菲涅尔模具，再用注塑成形的方式复制菲涅尔元件，这种方法所需的菲涅尔模具加工机床的尺寸很大，机床的制造难度大，模具成本很高，而且注塑成形的复制效率低，很难满足产量需求。因此找到一种低成本高效率的大口径菲涅尔元件制造方法极为迫切。
[0004]柱面菲涅尔工艺为大口径菲涅尔加工指明了新的方向，它将菲涅尔结构雕刻在圆柱面上，并与Roll
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Roll复制方法结合，大大提高了生产效率。相比于端面菲涅尔加工机床，柱面菲涅尔加工机床主轴尺寸缩小了几倍，降低了机床设计难度。利用超精密辊筒机床在大辊筒模具上加工大口径柱面菲涅尔，可以制造低成本、精度高的菲涅尔模具。
[0005]但目前大部分研究人员都是用超精密单点车加工柱面菲涅尔，没有充分发挥柱面菲涅尔工艺潜在价值，很难得到广泛应用。使用SDS方法(摆动
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回转刀具成形法)加工柱面菲涅尔结构具有高效率和高精度的优点，但它要求刀尖点同时处于A轴和B轴的中心，为此普遍添加手动位移台或柔性铰链调整刀尖位置，这会大大降低机床整体刚度，导致切削颤振等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，进而提供一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备。
[0007]本专利技术所采取的技术方案是：
[0008]一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，包括辊筒机床、串联双转台、刀具组件、XYZ轴位移台及辊筒模具；所述辊筒模具安装在辊筒机床上，所述刀具组件设置在辊筒模具下方，且刀具组件安装在串联双转台上，所述串联双转台通过XYZ轴位移台安装在辊筒机床上。
[0009]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0010]1.本专利技术利用辊筒机床在大尺寸辊筒模具上加工柱面菲涅尔，充分发挥柱面菲涅尔的大尺寸优势，改进了柱面菲涅尔仿形加工方法，去除了用于调整刀具的手动位移台，保证机床整体刚度；同时主轴C轴采用气体静压主轴，将刚度和承载两者进行耦合从而使气浮主轴具有极高的回转精度以及刚度，大大提高其抗干扰能力，X轴和Z轴均为液体静压导轨，低速无爬行，在保证承载力的同时提高了直线运动精度，达到超精密加工要求。
[0011]2.本专利技术在大辊筒上加工柱面菲涅尔相比同样尺寸的端面菲涅尔来说，有机床尺寸小，模具成本低的优势，且结合Roll
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Roll复制技术可以有很高的复制效率，根据上述的柱面菲涅尔仿形法加工原理，需要在三轴超精密辊筒机床上集成一个串联双转台装置，同时在刀具夹具与双转台之间串联Y轴直线副，共同组成柱面菲涅尔超精密六轴加工机床。
[0012]3.本专利技术由于采用在辊筒模具正下方加工的工艺形式，加工过程中的切屑由于自身重力做自由落体运动，不会对加工过程中刀具产生影响，造成加工表面划伤，降低加工粗糙度的问题。同时考虑到辊筒模具质量大，尺寸长等特点，加工过程中会产生一定的弯矩，在正下方加工有助于抵抗弯矩影响，提高机床刚度。
附图说明
[0013]图1是本专利技术结构示意图；
[0014]图2是本专利技术串联双转台结构示意图；
[0015]图3是本专利技术串联双转台与XYZ轴位移台连接示意图；
[0016]图4是本专利技术基于刀具旋转摆动的柱面菲涅尔仿形加工方法示意图一；
[0017]图5是本专利技术基于刀具旋转摆动的柱面菲涅尔仿形加工方法示意图二；
[0018]其中：1、机床基座；2、机床前后护板；3、主轴支架；4、主轴座；5、气体静压轴承；6、卡盘；7、辊筒模具；8、串联双转台；9、X轴导轨；10、X轴溜板上部；11、X轴溜板侧壁；12、Z轴溜板上部；13、Z轴溜板侧壁；14、Z轴导轨；15、Z轴溜板下部；16、主轴尾架；17、导轨垫块；18、X轴溜板下部；19、模辊支撑轴；20、光栅尺；21、Newport高精度调角器；22、支架；23、B轴连接板；24、有框电机；25、科尔摩根转接座；26、传感器夹块；27、光谱共焦位移传感器；28、传感器安装座；29、传感器垫块；30、夹头；31、D100夹具；32、3R底座；33、刀具支撑座；34、刀具转接块；35、刀具安装板；36、刀具；37、刀具压板；38、Y轴溜板上部；39、Y轴溜板侧壁；40、Y轴导轨；41、Y轴溜板下部；42、辊筒机床；43、串联双转台；44、刀具组件；45、XYZ轴位移台。
具体实施方式
[0019]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术的做进一步详细的描述。
[0020]参照图1～图5所示，本专利技术的一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，包括辊筒机床42、串联双转台43、刀具组件44、XYZ轴位移台45及辊筒模具7；所述辊筒模具7安装在辊筒机床42上，所述刀具组件44设置在辊筒模具7下方，且刀具组件44安装在串联双转台43上，所述串联双转台43通过XYZ轴位移台45安装在辊筒机床42上。串联双转台43能够摆动和旋转刀具组件44，刀具组件44对辊筒模具7上的柱面菲涅尔进行加工。
[0021]如图1所示，所述辊筒机床42包括机床基座1、机床前后护板2、主轴支架3、主轴尾架16及两套主轴系统；所述机床基座1和安装在机床基座1上的机床前后护板2构成机床底
座，所述主轴支架3和主轴尾架16前后相对固定在机床基座1上，由于辊筒模具7质量很大，主轴支架3和主轴尾架16上均安装有主轴系统，配备两套主轴系统，两套主轴系统采用双端夹持的方式夹持辊筒模具7。
[0022]如图1所示，每套所述主轴系统均包括主轴座4、气体静压轴承5、卡盘6及模辊支撑轴19；所述主轴座4通过螺栓安装在主轴支架3或主轴尾架16上，所述卡盘6通过气体静压轴承5安装在主轴座4上，辊筒机床42主轴C轴采用气体静压轴承5，具有承载能力大、回转精度高的特点，所述卡盘6上安装有模辊支撑轴19，所述辊筒模具7固定在两套主轴系统的模辊支撑轴19之间。
[0023]如图1、图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，其特征在于：包括辊筒机床(42)、串联双转台(43)、刀具组件(44)、XYZ轴位移台(45)及辊筒模具(7)；所述辊筒模具(7)安装在辊筒机床(42)上，所述刀具组件(44)设置在辊筒模具(7)下方，且刀具组件(44)安装在串联双转台(43)上，所述串联双转台(43)通过XYZ轴位移台(45)安装在辊筒机床(42)上。2.根据权利要求1所述的一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，其特征在于：所述辊筒机床(42)包括机床基座(1)、机床前后护板(2)、主轴支架(3)、主轴尾架(16)及两套主轴系统；所述机床基座(1)和安装在机床基座(1)上的机床前后护板(2)构成机床底座，所述主轴支架(3)和主轴尾架(16)前后相对固定在机床基座(1)上，主轴支架(3)和主轴尾架(16)上均安装有主轴系统，两套主轴系统采用双端夹持的方式夹持辊筒模具(7)。3.根据权利要求2所述的一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，其特征在于：每套所述主轴系统均包括主轴座(4)、气体静压轴承(5)、卡盘(6)及模辊支撑轴(19)；所述主轴座(4)安装在主轴支架(3)或主轴尾架(16)上，所述卡盘(6)通过气体静压轴承(5)安装在主轴座(4)上，所述卡盘(6)上安装有模辊支撑轴(19)，所述辊筒模具(7)固定在两套主轴系统的模辊支撑轴(19)之间。4.根据权利要求1所述的一种基于六轴的柱面菲涅尔超精密加工辊筒设备，其特征在于：所述XYZ轴位移台(45)包括X轴导轨(9)、X轴溜板上部(10)、Z轴导轨(14)、Z轴溜板上部(12)、Y轴溜板下部(41)及Y轴导轨(40)；所述Z轴导轨(14)沿辊筒模具(7)轴向固定在机床基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，吴言功，李子腾，乔政，丁飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：