一种大空间五轴非球面精密抛光机床制造技术

一种大空间五轴非球面精密抛光机床，属于光学零件加工设备技术领域，包括机架、主轴水平控制单元、主轴水平移动平台、抛光头升降单元、主轴竖直移动平台、抛光头旋转控制单元、主轴控制单元、工件轴控制单元，该方案中抛光头旋转轴带动主轴绕X轴转动，可以实现大角度旋转，主轴水平控制单元带动主轴在水平方向平动,使抛光主轴有更大的工作空间，可加工非球面的非球面度尽可能的大。在本发明专利技术中，通过控制系统控制按键可调节抛光主轴电机驱动抛光头的转速以及工件轴电机驱动工件的转速，在工件上输送抛光液，抛光头与工件轴的差速运动可以实时更新抛光区域内的抛光液成分。与现有技术相比，本发明专利技术的工作空间大，能够加工较为复杂的非球面。杂的非球面。杂的非球面。

【技术实现步骤摘要】
一种大空间五轴非球面精密抛光机床


[0001]本专利技术涉及光学零件加工设备
,尤其涉及用于非球面抛光。

技术介绍

[0002]现今，光学系统在各个领域都起着重要作用,随着光学元件的日益突出的重要地位，对非球面光学元件的精度要求也越来越高，同时制造光学非球面难度较大，虽有众多光电子元器件加工设备，但大多存在工件加工表面平整度差，加工效率低，制造成本高，机床结构复杂等诸多问题，无法满足非球面光学零件对光学材料超精密表面的加工要求。
[0003]在现有的机床中，多数机床结构较为复杂，运动系统需要进行数控联动，容易造成抛光压力误差，并且主轴不够灵活，达不到部分非球面光学零件的需求。因此，设计一种大空间五轴非球面抛光设备来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种大空间非球面精密抛光机床，可实现较高非球面度的高效率、高质量的精密加工。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案:一种大空间五轴非球面抛光机床，其特征在于，由机架、主轴水平控制单元、主轴水平移动平台、抛光头升降单元、主轴竖直移动平台、抛光头旋转控制单元、主轴控制单元、工件轴控制单元组成，其中：机架前半部分开设有法兰底座，并与工件轴电机垂直相连，法兰底座右侧安装有工件轴转台,机架后半部分开设有横槽,横槽上安装有导轨垫铁；主轴水平控制单元安装在导轨垫铁之间，且与主轴水平移动平台相连，抛光头升降单元安装在主轴水平移动平台上，主轴水平控制单元驱动主轴水平移动平台和抛光头升降单元沿水平方向左右移动；主轴竖直移动平台安装在抛光头升降单元上，抛光头旋转控制单元安装在主轴竖直移动平台上，抛光头升降单元可驱动主轴竖直移动平台和抛光头旋转控制单元在竖直方向上下移动；主轴控制单元安装在抛光头旋转控制单元上，抛光头旋转控制单元驱动主轴控制单元围绕X轴旋转、摆动,工件轴控制单元安装在横槽上；
[0006]主轴水平控制单元包括水平驱动电机、水平双模片联轴器、水平丝杠导轨、水平滚珠丝杠,其中：水平驱动电机安装在两横槽中间处，与导轨垫铁平行；水平驱动电机的输出通过水平双模片联轴器连接有水平滚珠丝杠；水平丝杠导轨对称的安装在横槽两侧的导轨垫铁上。
[0007]主轴水平移动平台是由四个矩形布置的滑块组成，滑块可移动的套在水平丝杠导轨上。
[0008]抛光头升降单元包括抛光头升降单元驱动电机、竖直方向联轴器、升降单元支架、竖直方向丝杠导轨、托盘，其中：抛光头升降单元驱动电机安装在升降单元支架的最顶端；抛光头升降单元驱动电机的输出通过竖直方向联轴器连接有水平滚珠丝杠；升降单元支架安装在主轴水平移动平台上，与滑块相接；竖直方向丝杠导轨对称的布置在升降单元支架
的两侧；托盘通过滑块布置在竖直方向丝杠导轨上。
[0009]主轴竖直移动平台为正方形薄板结构，主轴竖直移动平台通过竖向滑块安装在竖直方向丝杠导轨上，主轴竖直移动平台的中部设有螺母，其中竖向滑块可移动的套在竖直方向丝杠导轨上。
[0010]抛光头旋转控制单元包括抛光头旋转单元驱动电机、控制单元转台，控制单元螺纹孔，其中：抛光头旋转单元驱动电机安装在主轴竖直移动平台的中心位置；控制单元转台安装在抛光头旋转单元驱动电机的转轴上，控制单元转台能随转轴旋转；控制单元转台的顶部设有控制单元螺纹孔，控制单元螺纹孔套装在竖向螺杆上，控制单元螺纹孔和竖向螺杆配合工作组成丝杠结构。
[0011]主轴控制单元包括主轴安装台、主轴电机、主轴刀柄，其中：主轴安装台垂直的安装在抛光头旋转控制单元转台中心，主轴电机可拆卸的、垂直的安装在主轴安装台上，主轴刀柄垂直的安装在主轴电机上，用于连接抛光刀具。
[0012]工件轴控制单元包括工件轴电机、液压刀柄、工件轴锁紧螺母、微调丝杆、同步轮，其中：工件轴电机安装在机架竖槽下方，液压刀柄固定在工件轴电机的转轴上、且用于工装夹具或固定光学工件，工件轴锁紧螺母设置在工件轴前部，固定工件轴，微调丝杆通过工件轴锁紧螺母连接在工件轴上，轻微调整工件轴位置，同步轮安装在工件轴电机上部，电机通过同步轮带动轴承旋转。
[0013]本公开实施例的操控步骤为，打开装置电源，启动控制系统；通过液压刀柄将工件装夹在工件轴上，通过控制水平、升降、旋转轴调节抛光头位姿，调整好工件与抛光头之间的距离；在控制系统中，通过控制按键调整抛光主轴电机驱动抛光头的转速以及工件轴电机驱动工件的转速；在工件上输送抛光液，抛光头与工件轴的差速运动可以实时更新抛光区域内的抛光液成分。
[0014]有益效果：
[0015]1、本专利技术采用五个伺服电机分别驱动公转、自转、升降和摇摆，其运动系统无需数控联动，只需要抛光头在工件表面的运动路径进行控制，这种结构有利于达到抛光压力的恒定，消除竖直方向误差。此外，本方案中抛光头旋转轴带动主轴绕X轴转动，可以实现大角度旋转，主轴水平控制单元带动主轴在水平方向平动,使抛光主轴有更大的工作空间，可加工非球面的非球面度尽可能的大。
[0016]2、工件轴旋转转台采用一种立式气体静压轴承，由外配的气源及空气处理系统供给洁净干燥、压力稳定的空气使轴承浮起，电机通过同步轮带带动轴承旋转。工件轴通过液压卡盘固定工装夹具或工件，固定效果好，减小误差。此外，工件轴装有微移调整平台，可以在一定限度内矫正工件轴位置，在一定意义上实现工件轴在位修整，提高工作效率。
[0017]3、床身采用矩形框架结构，可以获得较大的加工空间，抵抗弹性变形的能力强，可以防止由机床不对称所带来的整体刚性、稳定性的影响。机床上部采用立式倒T型框架结构，可以获得较大的加工空间。
[0018]4、工件轴与抛光主轴不同电机，可以设置速度差值，实现差速运动实时更新抛光液磨料，有效提升工作效率。
[0019]5、工件轴锁紧螺母可以提升工件轴的空间稳定性，其组件提供给机架和工件轴连接面稳定的阻尼和刚度，减小对刀产生的轻微误差，提升机床的静动态特性。
附图说明
[0020]图1为非球面精密抛光装置正面结构示意图；
[0021]图2为非球面精密抛光装置侧面结构示意图；
[0022]图3为非球面精密抛光装置的抛光头旋转控制单元和主轴控制单元轴测图；
[0023]图4为非球面精密抛光装置的抛光头旋转控制单元和主轴控制单元侧视图；
[0024]图5为非球面精密抛光装置的抛光头升降控制单元和主轴竖直移动平台轴测图；
[0025]图6为非球面精密抛光装置的抛光头升降控制单元和主轴竖直移动平台侧视图；
[0026]图7为非球面精密抛光装置的工件轴控制单元和主轴水平控制单元结构示意图；
[0027]1－机架、101－法兰底座、102－工件轴转台、103－横槽、104－导轨垫铁、2－主轴水平控制单元、201－水平驱动电机、202－水平双模片联轴器、203－水平丝杠导轨、204－水平滚珠丝杠、3－主轴水平移动平台、4－抛光头升降单元、401－抛光头升降单元驱动电机、402－竖直方向双模片联轴器、403－升降单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大空间五轴非球面精密抛光机床，其特征在于，由机架(1)、主轴水平控制单元(2)、主轴水平移动平台(3)、抛光头升降单元(4)、主轴竖直移动平台(5)、抛光头旋转控制单元(6)、主轴控制单元(7)、工件轴控制单元(8)组成，其中：所述机架(1)前半部分开设有法兰底座(101)，并与工件轴电机(801)垂直相连，所述法兰底座(101)右侧安装有工件轴转台(103),所述机架(1)后半部分开设有横槽(104),所述横槽(104)上安装有导轨垫铁(105)；所述主轴水平控制单元(2)安装在导轨垫铁(105)之间，且与主轴水平移动平台(3)相连，所述抛光头升降单元(4)安装在主轴水平移动平台(3)上，主轴水平控制单元(2)驱动主轴水平移动平台(3)和抛光头升降单元(4)沿水平方向左右移动；所述主轴竖直移动平台(5)安装在抛光头升降单元(4)上，所述抛光头旋转控制单元(6)安装在主轴竖直移动平台(5)上，抛光头升降单元(4)可驱动主轴竖直移动平台(5)和抛光头旋转控制单元(6)在竖直方向上下移动；所述主轴控制单元(7)安装在抛光头旋转控制单元(6)上，抛光头旋转控制单元(6)驱动主轴控制单元(7)围绕X轴旋转、摆动,所述工件轴控制单元安装在横槽(104)上。2.根据权利要求1所述的大空间五轴非球面精密抛光机床，其特征在于，所述主轴水平控制单元(2)包括水平驱动电机(201)、水平双模片联轴器(202)、水平丝杠导轨(203)、水平滚珠丝杠(204),其中：所述水平驱动电机(201)安装在两横槽(104)中间处，与导轨垫铁(105)平行；所述水平驱动电机(201)的输出通过水平双模片联轴器(202)连接有水平滚珠丝杠(204)；所述水平丝杠导轨(203)对称的安装在横槽(104)两侧的导轨垫铁(105)上。3.根据权利要求1所述的大空间五轴非球面精密抛光机床，其特征在于，所述主轴水平移动平台(3)是由四个矩形布置的滑块组成，所述滑块可移动的套在水平丝杠导轨(203)上。4.根据权利要求1所述的大空间五轴非球面精密抛光机床，其特征在于，所述抛光头升降单元(4)包括抛光头升降单元驱动电机(401)、竖直方向联轴器(402)、升降单元支架(403)、竖直方向丝杠导轨(404)、托盘(405)，其中：所述抛光头升降单元驱动电机(401)安装在升降单元支架(403)的最顶端；所述抛光头升降单元驱动电机(401)的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢明明，孙嘉，张立敏，单明星，侯彦斌，朱家鑫，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：