一种混合直线回转快速刀具伺服装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种实现金刚石车削创成非回转对称光学曲面的大冲程高精密混合直线回转快速刀具伺服装置。该装置主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和支架组成，回转快速刀具伺服的无刷直流电机固定在支架顶部，并通过梅花式弹性联轴器与刀臂轴相连，刀臂轴由装在支架上的一对上、下气体静压轴承支撑，上、下气体静压轴承采用上、下迷宫密封和上、下轴承盖密封，刀臂固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂前端，在支架底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器；直线快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。本实用新型专利技术可实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动运动，主要应用于ＮＲＳ光学曲面的金刚石车削创成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种快速刀具伺服(Fast Tool Servo,以下简称FTS)装置，特别是涉 及一种金刚石车削创成非回转对称(Non-Rotetionally Symmetric,以下简称NRS)光学曲面 的大冲程高精密混合直线/回转快速刀具伺服装置，属于精密加工和复杂光学元件加工等技 术领域。 宵京伎不NRS光学曲面可克服光学系统的各种像差，改善光学性能，减缩光学系统的尺寸，使 光学系统轻量化。由于NRS光学曲面的卓越性能，这将使得突破性的光学设计成为可能， NRS光学曲面将不仅在空间探索和空中防御系统等领域中有着璽要的应用，而且在其它面 向消费者的工业领域也将日益受到关注。近年来，基于FTS的金刚石车削被国际工程界和学术界普適认为是创成NRS光学曲面 的最有发展前途的、高效精密及低成本的加工方法，可以克服其它的NRS光学曲面加工方 法的一些不足。图1示出了基于FTS的金刚石车削创成NRS光学曲面的原理。在图1中， 工件安装在主轴上，主轴单元可沿X轴导轨移动，金刚石刀具安狻在FTS上沿Z'轴作快速 往复移动，而FTS安装在Z轴溜板上。NRS曲面定义为径向坐标x和主轴回转坐标9的函 数z (x， 8)。要创成NRS光学曲面，根据主轴绕Z轴的回转坐标6 (C轴)和金刚石刀具 沿X轴横向进给的径向坐标x,对刀具的Z轴坐标z或邻FTS的Z嘲位置z'进行伺服控制。根据刀具轨迹的运动型式，现有的FTS装置主要包括直线型FTS和回转型FTS。这 些FTS装置都是单自由度的，仅可实现刀尖相当于工件的往复直线或往复摆动运动。这类 FTS的主要缺陷是，刀尖相对于被加工表面易发生几何干涉，难以实现微结构光学元件的加 工；此外刀刃-工件的接触点始终在变化，导致切削力总是波动的，影响光学元件的加工质 量。在超精密加工的其它一些领域，还提出了两个自由度以上的微动工作台，主要用于加工 误差补偿。这些多自由度微动工作台还不能直接应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成， 主要问题在于结构复杂，静/动态特性难以满足NRS光学曲面加工的要求，尤其是多个自 由度的运动耦合导致控制上的困难。根据FTS的驱动技术，现有的FTS装置主要分为基于压电效应的FTS、洛仓兹力型 FTS、麦克斯韦力型FTS和基于磁致伸縮效应的FTS。这些FTS驱动方式的特点是压电型 FTS适合于高频响短行程场合；洛仑兹力FTS可获得毫米级的长行程麦克斯韦力FTS则 将超高频响性能发挥至最大基于磁致伸縮效应的FTS尚未取得明显的效果。为解决现有FTS存在的问题，本技术基于M兹力型驱动方式，提供一种运动解耦的长行程高精密混合直线/回转FTS,可实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动 运动，主要应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成。本技术的主要优点在于基于洛 仑兹力型驱动，可获得FTS的大行程往复运动，从而适合NRS曲面加工有大行程需要的场 合；实现了刀尖相对于工件的运动解耦的往复直线和往复摆动运动，克服了单自由度FTS 的刀尖-工件干涉的问题，为主动控制切削力和表面质量提供了可行性，而且解耦的混合直 线徊转运动，控制十分方便、易于实现；同时还具有结构紧凑、反冲力凍较小等特点。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种运动解耦的大行程高精密混合直线回转快速刀具伺服装 置，实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动运动，以解决现有FTS存在的上述问 题，主要应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成。本技术的上述目的通过以下技术方案实现-一种混合直线回转快速刀具伺服装置，主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和 支架组成，所述的回转快速刀具伺服包括无刷直流电机7、刀臂10和光电编码器i.,所述的 无刷直流电机7固定在支架14顶部，并通过梅花式弹性联轴器6与刀臂轴相连，刀臂轴由 装在支架14上的一对上、下气体静压轴承3, 8支撑，上、下气体静压轴承8, 3采用上、 下迷宫密封9， ll和上、下轴承盖5， 2密封，刀臂10固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂 IO前端，在支架14底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器!.；所述的直线 快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。所述的支架14为一个整体结构，分为上、中、下三层，支架顶部Wb设有与无刷直流 电机7止口相配合的孔，该孔四周均布有安装回转电机7的螺纹 L,第一层安装梅花式弹性 联轴器6,第二层和第三层分别为上轴承座13和下轴承座12,在轴承孔的四周均布有安装 上、下轴承盖5， 2和上、下迷宫密封的静止部分9a， llb的螺纹孔；支架14底部的两个支 脚14a上分别设有与导轨滑块20圃定连接的螺纹孔和销孔，在支架14中部两侧的侧板上分 别设有一个防止与刀臂10运动发生干渉的槽14c,在支架14的上部和中部的后侧，分别开 有安装零部件的方形孔14d, 14e。所述的上、下气体静压轴承8, 3采用小孔节流器，进气孔均布在气体静压轴承的端面, 每个进气孔设有双排小孔节流器所述的上、下迷宫密封9， ll采用的轴向密封形式，分为 上、下静止部分9a， llb和上、下转动部分9b， lla,上、下静止部分9a, Ub通过螺纹联 接固定在上、下轴承座13, 12上，上、下转动部分9b, lla通过螺纹联接固定在刀臂轴上， 并随刀臂轴转动；所述的上轴承座13的上端和下轴承座12的下端aa上、下轴承盖2， 5 密封，上、下轴承盖2， 5都用螺纹联接分别固定在上、下两个轴承座13, 12上，上、下轴 承盖2, 5上分别设有用于安装上、下气体静压轴承8， 3的供气管道孔。所述的刀臂10由刀具高度调整结构4调整，刀具高度调整结构4包括楔形块4A和调 节螺钉4B,刀臂10设有与楔形块4A相匹配的楔形槽，调节螺钉4B与楔形块4A连接，通 过调节位置不变的调节蠊钉4B来调节楔形块4A在楔形槽内的位置所述的刀具选择单点电编码器1采用具有低转动惯量、高分辨率的空心联轴节式光电编码器。所述的直线快速刀具伺服包括精度不同的光栅尺次尺15和光栅尺主尺16、直线电机初 级17、直线电机次级18、气体静压导轨、导轨滑块20和16个多 L制节流器，导轨基座14 和导轨滑块20分别与直线电机初级17和直线电机次级18通过螺纹连接固定，直线电机次 级18带动导轨滑块20沿气体静压导轨做往复快速运动，精度不同的光栅尺次尺15和光栅 尺主尺16分别与导轨滑块20和导轨基座19通过螺纹联接固定e所述的导轨滑块20的长度大于导轨基座19的长度，节流器、供气管道和供电线路设在 导轨基座19上，气体静压导轨为采用由陶瓷圆垫制成的多孔制节流器，多孔制节流器的安 装孔设在导轨基座19的两个对称的四棱柱结构上，在两个四棱柱的上表面2a, 2b和侧面 2c， 2d分别各设有4个多 L制节流器的安装孔4a， 4b, 4c, 4d,导轨滑块20由导轨滑块20 与导轨基座19之间的气膜支撑，在两个四棱柱中间设有形成二次节流的浅沟槽3a, 3b, 3c, 3d，导轨滑块20的4个气浮表面2A， 2B, 2C, 2D分别依次与导轨基座19的气浮表面2a, 2b， 2c, 2d相对应，以形成供气后的支撑气膜，导轨滑块20顶部设有与支架14的支脚相 匹配的沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合直线回转快速刀具伺服装置，主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和支架组成，其特征在于所述的回转快速刀具伺服包括无刷直流电机（７）、刀臂（１０）和光电编码器（１），所述的无刷直流电机（７）固定在支架（１４）顶部，并通过梅花式弹性联轴器（６）与刀臂轴相连，刀臂轴由装在支架（１４）上的一对上、下气体静压轴承（３，８）支撑，上、下气体静压轴承（８，３）采用上、下迷宫密封（９，１１）和上、下轴承盖（５，２）密封，刀臂（１０）固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂（１０）前端，在支架（１４）底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器（１）；所述的直线快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓勤，许蓬子，赵宏伟，史国权，王义强，王晓军，李国发，呼咏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]