大行程高频响快速刀具伺服装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大行程高频响快速刀具伺服装置，包括装设于安装部件上的驱动部件以及与驱动部件连接的刀架运动部件，刀架运动部件包括由气浮支撑组件支撑的气浮导轨，气浮导轨的一端与驱动部件连接，气浮导轨的另一端与装有刀具的刀架连接。本发明专利技术具有加工精度高、行程大、刀具速度和加速度大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到超精密加工机械设备领域，特指一种快速刀具伺服装置。
技术介绍
超精密加工是某一时期达到或已经达到最高尺寸精度的加工方法，当前超精密加工精度已经从微米到亚微米甚至纳米水平，广泛应用于光学系统、电子信息、汽车、家用器具和武器装备等领域。超精密加工设备要有极高的运动精度，导轨的直线度要在全行程范围(数百毫米)达到亚微米级，主轴回转精度达数十纳米，直线运动的分辨率在纳米级以下。 随着现代光学技术的发展，非回转对称表面在光学系统中应用越来越广泛。非回转对称表面有利于简化系统结构，减少镜片数量，显著减小镜片尺寸，进一步提高成像质量，并且还可以获得特殊的光学性能，给新产品的设计带来巨大的潜力。非回转对称表面光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛，采用该类光学元件的彩色显像管，液晶显示器、 数码相机、传真机、扫描仪、激光雕刻机、光电显示器、光纤通讯等产品已形成了一个数以万亿计的全球市场。在国防和军事运用中，非回转对称表面光学元件在各种可见光瞄准器，头盔显示器，微光夜视器，红外探测设备，精确打击运载工具和末制导智能炸药中也将得到十分广泛的运用。另外在空间光学和天文观察方面，为了满足特定的光学性能要求，现在也越来越多地采用非回转对称表面的光学元件。在人们日常生活中更是越来越多地采用了非回转对称光学表面的产品。现有的基于先进数控技术的超精密加工方法，特别是单点金刚石切削技术，已被广泛应用于非回转对称表面加工，但是目前对于高低差在几个毫米的非回转对称光学表面，现有的快刀伺服装置行程不够，慢刀伺服频响较低，加工周期长，精度受环境影响，而飞刀铣削效率低并且不适合某些面形的加工，因此有必要研究一种兼具大行程、高频响、高精度的刀具伺服系统来解决这一类非回转对称表面的加工。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种加工精度高、能够提高刀具速度和加速度的大行程高频响快速刀具伺服装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种大行程高频响快速刀具伺服装置，包括装设于安装部件上的驱动部件以及与驱动部件连接的刀架运动部件，所述刀架运动部件包括由气浮支撑组件支撑的气浮导轨，气浮导轨的一端与驱动部件连接，气浮导轨的另一端与装有刀具的刀架连接。作为本专利技术的进一步改进 所述气浮导轨的横截面为梯形或圆形。所述驱动部件为音圈电机，所述音圈电机包括与气浮导轨连接的移动线圈以及固定在安装部件上的永久磁体，所述永久磁体上开有导向腔，所述移动线圈位于导向腔中并可沿此导向腔移动。所述安装部件包括底板以及固定在底板上的导轨安装箱和电机安装箱，所述气浮支撑组件固定于导轨安装箱中，所述永久磁体固定于电机安装箱中。所述导轨安装箱与电机安装箱并排布置，导轨安装箱与电机安装箱的相对面之间具有间隙。所述音圈电机的永久磁体的外壳表面与电机安装箱内壁之间设有密闭的环形腔， 所述环形腔通过设于电机安装箱上的进口接头和出口接头与外界相通。所述电机安装箱中设有供移动线圈和气浮导轨运动的活动腔，所述活动腔通过设于电机安装箱上的空气入口接头和通气孔与外界相通。所述安装部件上设有用于限定移动线圈和气浮导轨的运动范围的限位组件。所述限位组件包括穿设于永久磁体中的限位杆以及固定于导轨安装箱上具有缓冲功能的缓冲元件，所述限位杆的两端分别从永久磁体两侧伸出，其中一端面向移动线圈， 另一端设有防止限位杆向靠近移动线圈方向移动的挡位部，所述挡位部与电机安装箱内壁之间设有弹簧；所述缓冲元件凸出于导轨安装箱外壁并面向移动线圈。所述气浮导轨与移动线圈的连接处设有隔热件。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、本专利技术采用由气浮支撑组件支撑的气浮导轨与刀架连接作为刀架运动部件，气浮导轨的高精度线性导向和安装可实现光学表面加工的高精度要求；再者，气浮支撑组件在安装及导向时都是非接触的，不会发生摩擦和磨损，且气浮支撑组件在工作时不会产生噪音和振动，也不需要润滑，从而可实现刀具的高速运动和高变速运动。2、本专利技术气浮导轨采用梯形截面形状，尺寸小而紧凑，可减小导轨的质量，从而提高系统的动态性能；并且梯形截面形状的导轨其所有面都可用于承载和导向，从而使气浮导轨能够达到较高的刚度；同时采用梯形截面气浮导轨便于直线运动检测元件比如高精度光栅尺的安装。可以选取弹性模量较大的不锈钢、密度低的铝等金属材料或强度和密度比值较大的碳化硅或其它陶瓷材料等作为气浮导轨的材料。3、本专利技术的气浮导轨采用圆柱形形状，其具有尺寸小而紧凑，可减小导轨的质量， 从而提高系统的动态特性；并且圆柱形导轨加工简单，可降低机加工的难度，可以选取弹性模量较大的不锈钢、密度低的铝等金属材料或强度和密度比值较大的碳化硅或其它陶瓷材料等作为气浮导轨的材料，因此可以保证较高的刚度。4、本专利技术中，导轨安装箱和电机安装箱之间留有间隙且安装在底板上，音圈电机高速运动产生的振动不会直接传递到导轨安装箱上，可以通过底板的质量吸收。5、本专利技术中，电机安装箱中的环形腔和活动腔形成的冷却通道为音圈电机提供了很好的散热途径，而且气浮导轨与移动线圈连接处的隔热件也可防止音圈电机产生的热量传递到气浮导轨上，从而可避免因气浮导轨发热导致尺寸变化而降低气浮导轨的导向精度。6、本专利技术的限位组件可防止移动线圈和气浮导轨超出其运动范围，避免移动线圈和气浮导轨撞上导轨安装箱和永久磁体。附图说明图1为本专利技术实施例1的轴测图。图2为本专利技术实施例1的主视图。图3为本专利技术实施例1去除刀架和刀具后的左视图。图4为本专利技术实施例1的右视图。图5为本专利技术实施例1的俯视图。图6为图2中A-A截面视图。图7为图5中B-B截面视图。图8为图7中C处的放大示意图。图9为本专利技术实施例1中气浮导轨的右视图。图10为本专利技术实施例2的轴测图。图11为本专利技术实施例2的主视图。图12为本专利技术实施例2去除刀架和刀具后的左视图。图13为本专利技术实施例2的右视图。图14为本专利技术实施例2的俯视图。图15为图11中D-D截面视图。图16为图14中E-E截面视图。图17为图16中F处的放大示意图。图18为本专利技术实施例2中导轨安装结构示意图。图19为图18中G-G截面视图。图例说明1、底板；2、底座；3、面板；4、刀架；5、刀具；6、外壳；7、盖板；8、电机外壳；9、空气入口接头；10、进口接头；11、出口接头；12、电机固定板；13、自锁螺母；14、第一螺栓；15、气浮支撑组件；18、气浮导轨；19、缓冲元件；20、纵向孔；21、光栅尺；22、读数头； ^3、读数头支撑板；24、读数头固定板；25、盖板开口 ；26、第二螺栓；27、弹簧；28、外壳表面； 29、环形腔；30、电缆开口 ；31、间隙；32、限位杆；33、活动腔；34、导向腔；35、移动线圈；36、 隔热件；37、转接板；39、空气进口 ；40、第一螺纹孔；42、槽；43、橡胶；44、永久磁体；45、第三螺栓；46、面板开口 ；47、第四螺栓；48、通气孔；49、第二螺纹孔；50、挡位部。具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的大行程高频响快速刀具伺服装置，主要用于安装在车床上对高低差在毫米级的非回转对称光学表面进行高超精密加工，尤其可用来加工塑料眼镜镜片。图1至图 9示出了本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹自强，李圣怡，戴一帆，田富竟，刘晓冬，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：