CN103170661A

CN103170661A - 中间尺度零件微细铣削机床

Info

Publication number: CN103170661A
Application number: CN2013101050624A
Authority: CN
Inventors: 华顺明; 孟玉明; 王晓军; 楼应侯; 王义强; 张学昌; 李鑫
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN103170661B

Abstract

本发明涉及一种中间尺度零件微细铣削机床，包括床身，所述床身上设置有两个Y向进给导轨；所述工作台单元设置在所述床身Y向导轨上；所述铣削单元滑台包括竖直方向进给的滑台和2个X向导轨以及水平方向进给的滑台，所述竖直方向进给的滑台上设置有第一转子和第一定子，所述第一转子的两端与所述竖直方向进给的滑台连接，所述第一定子与所述第一固定装置固定连接，所述竖直方向进给滑台通过两个Z向导轨设置在所述第一固定装置上；所述水平方向进给滑台通过两个X向导轨设置在横梁上，所述横梁通过两个立柱固定在所述床身上。本发明的中间尺度零件微细铣削机床，大大减小了能源的消耗，显著节省了机床所占用的空间，实现了加工对象与加工装备二者的尺度匹配。

Description

中间尺度零件微细铣削机床

技术领域

本发明涉及微小机械加工设备技术领域，具体涉及一种中间尺度零件微细铣削机床。

背景技术

在工业生产中，许多种产品正向小型化甚至微型化发展，其中特征尺度介于100um-10mm（即中间尺度）之间的一类结构或器件在实际应用中最为广泛，如何加工这类结构或器件就成为亟待解决的问题。

MEMS问世之初，制造加工几乎全部采用硅微工艺和光刻电铸工艺，可以批量生产尺度在微米级的微结构和器件，其缺点是体加工能力尤其是高深宽比微细结构加工能力有限，需要非常的超净条件和受线宽尺寸的限制，同时LIGA加工需要强射线源，且工艺复杂加工时间长，成本极高。

利用精密机床进行微细铣削是加工三维微小零件的一种有效方法，目前普遍采用的是常规尺寸的精密机床进行微小零件的铣削加工，机床体积庞大、价格昂贵、加工成本高、效率低、浪费能源和空间。因此，采用小型化的机床加工微小零件成为一种发展趋势。随着现代制造技术的发展，以传统制造技术为背景的微制造技术已经有所发展，但仍存在中间尺度的微型零件的加工难、效率低、定位精度不高等问题。因此，需要设计出适合加工这类处于中间尺度微型零件的精密机床。在加工过程中，如何提高微小型工件加工的效率和加工定位精度就成为了关键的技术问题。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种中间尺度零件微细铣削机床，用于解决现有微小型工件加工的效率低和加工定位精度不高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种中间尺度零件微细铣削机床，包括：

床身，所述床身上设置有两个Y向进给导轨；

工作台单元，所述工作台单元设置在所述床身Y向导轨上；

铣削单元，所述铣削单元位于工作台单元上方，所述铣削单元与铣削单元滑台连接；其特征在于，

所述铣削单元滑台包括：

竖直方向进给的滑台，所述竖直方向进给的滑台上设置有第一转子和第一定子，所述第一转子穿过所述第一定子和第一固定装置，所述第一转子的两端与所述竖直方向进给的滑台连接，所述第一定子与所述第一固定装置固定连接，所述竖直方向进给滑台通过两个Z向导轨设置在所述第一固定装置上；

水平方向进给的滑台，所述水平方向进给的滑台上设置有第二转子和第二定子，所述第二转子穿过所述第二定子，所述第二转子的两端通过第二固定装置固定，所述第二定子通过挡板与所述水平方向进给的滑台连接，所述水平方向进给滑台通过两个X向导轨设置在横梁上；

所述竖直方向进给的滑台和水平方向进给的滑台之间通过第一固定装置连接，所述横梁通过两个立柱固定在所述床身上。

根据本发明的一个实施例，所述第一定子上设置有用于提供预紧的预紧螺母。

根据本发明的一个实施例，所述第二定子与所述挡板通过端面轴承进行连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一固定装置与所述第一定子之间设置有弹性垫片。

根据本发明的一个实施例，所述工作台单元通过螺杆型进给机构相对床身实现进给。

根据本发明的一个实施例，所述第一转子和第一定子为螺杆型进给机构。

根据本发明的一个实施例，所述第二转子和第二定子为螺杆型进给机构。

根据本发明的一个实施例，所述螺杆型进给机构包括螺杆、螺母及其螺母套，所述螺母套通过螺母设置在螺杆上。

根据本发明的一个实施例，所述螺母套的一端设置有压电振子，所述压电振子在受到电压激励的情况下使所述螺母套振动，通过所述螺母套的振动以推动所述螺杆旋转移动。

根据本发明的一个实施例，所述螺母套上设置有4片压电晶片，相对设置的2片压电晶片为一组，同一组的极化方向相反；所述压电晶片在受到电压激励的情况下，通过所述螺母套及其螺母推动所述螺杆旋转移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中通过将压电材料的振动和精密螺旋传动相结合，形成一种可用于微细加工的、具有较大力能指标的螺杆型进给机构，保证零部件铣削加工的定位精度和缩小机床所占用的空间，实现被加工对象与所用装备在尺度上相匹配的目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1示出了根据本发明一个实施例的中间尺度零件微细铣削机床三维结构示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的驱动铣削单元滑台的螺杆型进给机构示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的驱动工作台单元的螺杆型进给机构示意图。

图4示出了根据本发明一个实施例的采用定子固定方式的螺杆型进给机构示意图。

图5示出了根据本发明一个实施例的采用面外振动驱动方式的螺杆型进给机构的示意图。

图6示出了根据本发明一个实施例的采用面内振动驱动方式的螺杆型进给机构的示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

采用转子固定型面内振动驱动方式螺杆型进给机构的微细铣削机床，能够铣削的零件尺寸为100um-10mm。

如图1所示，本发明提供一种龙门的结构布局，包括铣削单元1，铣削单元滑台（双向滑台）2、3，工作台单元5，龙门架4和床身6。床身6上设置有两个Y向进给导轨；工作台单元5设置在所述床身Y向导轨上。在龙门架4上装有铣削单元1的铣削单元滑台（双向滑台）2、3。由计算机控制铣削单元滑台2、3螺杆型进给机构使其沿z、x向运动；再由计算机控制工作台单元滑台的螺杆型进给机构使其沿y方向运动，即可完成对中间尺度零件的铣削工序。

图2给出了驱动铣削单元滑台的螺杆型进给机构的布局方式。铣削单元滑台包括竖直方向进给的滑台201和水平方向进给的滑台208，所述竖直方向进给的滑台201和水平方向进给的滑台208之间通过第一固定装置202连接，所述竖直方向进给的滑台208上设置有第一转子205和第一定子203，所述第一转子205穿过所述第一定子203和第一固定装置202，所述第一转子205的两端与所述竖直方向进给的滑台201连接，所述第一定子203与所述第一固定装置202固定连接；所述竖直方向进给滑台201通过两个Z向导轨设置在所述第一固定装置202上；所述水平方向进给的滑台208上设置有第二转子206和第二定子207，所述第二转子206穿过所述第二定子207，所述第二转子206的两端通过第二固定装置210固定，所述第二定子207通过挡板209与所述水平方向进给的滑台208连接，所述水平方向进给滑台208通过两个X向导轨设置在横梁上。横梁可通过两个立柱固定在所述床身上。

第二固定装置210对螺杆型进给机构的第二转子206进行固定，螺杆型进给机构的第二定子207和挡板209连接，通过第二定子207的转动进给推动与挡板209连接的水平方向进给的滑台208沿导轨x方向运动；在水平方向进给的滑台208上装有第一固定装置202，由第一固定装置202固定螺杆型进给机构的第一定子203，第一定子203上设置有用于提供预紧的预紧螺母204，通过第一转子205的转动进给驱动竖直方向进给的滑台201沿导轨z方向运动。从而可通过计算机控制铣削单元滑台螺杆型进给机构使其沿x、z向运动。

图3给出了驱动工作台单元的螺杆型进给机构的布局方式。固定装置305对螺杆型进给机构的转子301进行固定，螺杆型进给机构的定子304与挡板302通过端面轴承进行连接，这样可以减小摩擦、减少能量损耗，考虑驱动能力的问题，定子304可采用单个驱动也可采用多个定子驱动，定子304转动进给推动滑台303沿导轨307方向（即y方向）运动。从而可通过计算机控制工作台单元滑台的螺杆型进给机构使其沿y方向运动。

图6给出了采用面内振动驱动方式的螺杆型进给机构。螺母套607的右端为压电晶片组604，每片分为4块两组，相对两块为一组极化方向相反，受到一交变电压驱动时一个伸长一个缩短，使螺母套产生同频的摇摆振动，再由精密细牙螺母603提供预紧，从而驱动精密细牙螺杆602边旋转边进给。

实施例2

实施例2中，如图4、图5所示，采用定子固定型面外振动驱动方式螺杆型进给机构的微细铣削机床。

实施例2与实施例1的不同之处在于螺杆型进给机构的进给方式采用定子固定、转子（螺杆）进行进给的方式；螺杆型进给机构的驱动方式采用了面外振动驱动方式。具体而言：

图4给出了采用定定子方式的螺杆型进给机构的布局，固定装置406与弹性垫片405连接，弹性垫片405与定子404连接对定子404固定而有对其振动影响较小，从而驱动转子407转动进给，在转子407的端部装有圆球401，通过圆球401实现转子407与挡板407的连接，从而驱动滑台403运动。

图5给出了采用面外振动驱动方式的螺杆型进给机构，压电晶片504均布在螺母套505的四周，相对为一组，同组极化方向相反受到一交变电压驱动时一个伸长一个缩短，使螺母套产生同频的摇摆振动。由精密细牙螺母503提供预紧力，从而使转子502转动提供进给驱动力，再通过圆球501与滑台连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种中间尺度零件微细铣削机床，包括：

床身，所述床身上设置有两个Y向进给导轨；

工作台单元，所述工作台单元设置在所述床身Y向导轨上；

所述铣削单元滑台包括：

2.根据权利要求1所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述第一定子上设置有用于提供预紧的预紧螺母。

3.根据权利要求1所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述第二定子与所述挡板通过端面轴承进行连接。

4.根据权利要求1所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述第一固定装置与所述第一定子之间设置有弹性垫片。

5.根据权利要求1所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述工作台单元通过螺杆型进给机构相对床身实现进给。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述第一转子和第一定子为螺杆型进给机构。

7.根据权利要求6所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述第二转子和第二定子为螺杆型进给机构。

8.根据权利要求7所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述螺杆型进给机构包括螺杆、螺母及其螺母套，所述螺母套通过螺母设置在螺杆上。

9.根据权利要求8所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述螺母套的一端设置有压电振子，所述压电振子在受到电压激励的情况下使所述螺母套振动，通过所述螺母套的振动以推动所述螺杆旋转移动。

10.根据权利要求8所述的中间尺度零件微细铣削机床，其特征在于，所述螺母套上设置有4片压电晶片，相对设置的2片压电晶片为一组，同一组的极化方向相反；所述压电晶片在受到电压激励的情况下，通过所述螺母套及其螺母推动所述螺杆旋转移动。