CN103495744B - 离轴光学曲面动平衡超精密车削机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其包括电主轴系统、横向传动系统、纵向传动系统和床身支撑台；电主轴系统固定于床身支撑台上，横向传动系统垂直安装于纵向传动系统上方，纵向传动系统与电主轴系统相垂直；其中，电主轴系统包括旋转执行机构、横向辅助运动系统和主轴箱，横向传动系统包括刀架系统、曲柄拨叉机构、齿轮传动机构和进给箱，刀架系统平行安置于曲柄拨叉机构一侧，齿轮传动机构平行安置于刀架系统的下方，进给箱安置于刀架系统、曲柄拨叉机构和齿轮传动机构的外侧；该机床不仅能够使机床在加工过程中保持动平衡，提高加工精度，而且能够对多个离轴曲面同时进行车削加工，提高了加工效率。

Description

离轴光学曲面动平衡超精密车削机床

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床。

背景技术

离轴反射镜曲面是光学技术的重要构成元件，在各个领域中变得越来越重要，同时对其加工质量及精度的要求也越来越高，传统的加工方法已不能满足离轴反射镜曲面的要求。

目前在复杂光学曲面加工领域应用较好的方法为单点金刚石车削技术，其中包含了快刀伺服车削技术和慢刀伺服技术等，这些方法能够加工出高精度的光学曲面，但对离轴光学曲面的加工具有很大的局限性，且不能同时对多个工件进行车削加工，机床的加工效率相对较低。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种针对离轴曲面进行单点金刚石车削的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，该机床的双刀设计不仅能够使机床在加工过程中保持动平衡，提高加工精度，而且能够对多个离轴曲面同时进行车削加工，提高了加工效率，此外，该机床还可做传统车削机床使用，对单个工件进行复杂光学曲面的加工，提高了机床的实用性和通用性。

本发明是通过以下技术方案实现的，结合附图：

本发明提供一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其包括电主轴系统和床身支撑台10，电主轴系统固定于床身支撑台10上，电主轴系统包括旋转执行机构、横向辅助运动系统、挡块Ⅰ8、挡块Ⅱ84和主轴箱4，主轴箱4嵌套固定在旋转执行机构外侧，挡块Ⅰ8和挡块Ⅱ84垂直安置在横向辅助运动系统的两侧，旋转执行机构垂直安置在横向辅助运动系统的上方；该离轴光学曲面动平衡超精密车削机床还包括横向传动系统和纵向传动系统，横向传动系统垂直安装于纵向传动系统上方；其中，横向传动系统包括刀架系统、曲柄拨叉机构、齿轮传动机构和进给箱13，刀架系统平行安置于曲柄拨叉机构一侧，齿轮传动机构平行安置于刀架系统的下方，进给箱13安置于刀架系统、曲柄拨叉机构和齿轮传动机构的外侧；纵向传动系统固定于床身支撑台10上，且纵向传动系统与电主轴系统相垂直。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，横向传动系统的刀架系统包括刀架Ⅰ12、调高垫片Ⅰ76、金刚石车刀Ⅰ77、刀架Ⅱ17、调高垫片Ⅱ74、金刚石车刀Ⅱ75、静压导轨固定部分Ⅱ18、静压导轨运动部分Ⅱ34和静压导轨运动部分Ⅲ32，刀架Ⅰ12与静压导轨运动部分Ⅱ34固定，刀架Ⅱ17与静压导轨运动部分Ⅲ32固定，刀架Ⅰ12上安装有金刚石车刀Ⅰ77和调高垫片Ⅰ76，刀架Ⅱ17上安装有金刚石车刀Ⅱ75和调高垫片Ⅱ74，静压导轨运动部分Ⅱ34和静压导轨运动部分Ⅲ32均与静压导轨固定部分Ⅱ18活动连接；刀架系统通过静压导轨固定部分Ⅱ18与进给箱13固定连接。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，横向传动系统的曲柄拨叉机构包括曲柄机构、拨叉机构、支撑板Ⅰ37、支撑板Ⅱ38、开口销Ⅲ39、开口销Ⅳ58和滑块支撑架55，拨叉机构固定于曲柄机构末端，支撑板Ⅰ37、支撑板Ⅱ38、开口销Ⅲ39和开口销Ⅳ58固定于曲柄机构的首端，滑块支撑架55嵌套在曲柄机构上；所述曲柄拨叉机构通过滑块支撑架55、支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38与进给箱13螺纹连接。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，曲柄机构包括手柄Ⅰ20、手柄Ⅱ21、棱柱副Ⅰ35、棱柱副Ⅱ60、拉伸弹簧Ⅰ36、拉伸弹簧Ⅱ61、长连杆Ⅰ40、长连杆Ⅱ24、开口销Ⅰ62、开口销Ⅱ59、开口销Ⅴ41、开口销Ⅵ57、开口销Ⅶ46、开口销Ⅷ43、短连杆Ⅰ42、短连杆Ⅱ56、滑块连接件Ⅱ44、滑块连接件Ⅰ45、连接轴Ⅰ47、连接轴Ⅱ48、长铰链轴Ⅰ22、长铰链轴Ⅱ23、铰链轴Ⅰ25、铰链轴Ⅱ26、铰链轴Ⅳ27、铰链轴Ⅲ28，手柄Ⅰ20与长连杆Ⅰ40通过棱柱副Ⅰ35、拉伸弹簧Ⅰ36和开口销Ⅰ62活动连接，拉伸弹簧Ⅰ36嵌套在棱柱副Ⅰ35的一侧；长连杆Ⅰ40通过长铰链轴Ⅰ22和开口销Ⅲ39与支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38活动链接，短连杆Ⅰ42通过开口销Ⅴ41和铰链轴Ⅰ25与长连杆Ⅰ40活动连接，连接轴Ⅰ47穿过滑块支撑架55上方的通孔，连接轴Ⅰ47通过滑块连接件Ⅰ45与短连杆Ⅰ42活动连接，滑块连接件Ⅰ45与短连杆Ⅰ42通过开口销Ⅶ46和铰链轴Ⅲ28活动连接，滑块连接件Ⅰ45与连接轴Ⅰ47通过销钉活动连接；手柄Ⅱ21与长连杆Ⅱ24通过棱柱副Ⅱ60、拉伸弹簧Ⅱ61和开口销Ⅱ59活动连接，拉伸弹簧Ⅱ61嵌套在棱柱副Ⅱ60的一侧；长连杆Ⅱ24通过长铰链轴Ⅱ23和开口销Ⅳ58与支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38活动链接，短连杆Ⅱ56通过开口销Ⅵ57和铰链轴Ⅱ26与长连杆Ⅱ24活动连接，连接轴Ⅱ48穿过滑块支撑架55上方的通孔，连接轴Ⅱ48通过滑块连接件Ⅱ44与短连杆Ⅱ56活动连接，滑块连接件Ⅱ44与短连杆Ⅱ56通过开口销Ⅷ43和铰链轴Ⅳ27活动连接，滑块连接件Ⅱ44与连接轴Ⅱ48通过销钉活动连接；所述手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21分别嵌套在进给箱13一侧的上下两个“7”字形孔中。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，拨叉机构包括拨叉Ⅰ49、拨叉Ⅱ50、压缩弹簧Ⅰ51、齿式离合器Ⅰ52、齿式离合器Ⅱ53、压缩弹簧Ⅱ54；拨叉Ⅰ49与曲柄机构固定连接；齿式离合器Ⅰ52的内侧开有花键槽，其外侧与拨叉Ⅰ49嵌合活动连接；连接轴Ⅱ48穿过滑块支撑架55上方的通孔，拨叉Ⅱ50与曲柄机构固定连接；齿式离合器Ⅱ53的内侧开有花键槽，外侧与拨叉Ⅱ50嵌合活动连接；齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53均在开有花键槽的一侧设有圆周齿，压缩弹簧Ⅰ51和压缩弹簧Ⅱ54分别嵌套在齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53无圆周齿侧的内圆周上。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，横向传动系统的齿轮传动机构包括电动机31、传动螺母Ⅰ63、轴端盖Ⅰ64、螺钉阵列Ⅱ65、丝杠Ⅰ66、齿轮Ⅱ67、齿轮Ⅰ68、齿轮Ⅲ69、丝杠Ⅱ70、螺钉阵列Ⅲ71、轴端盖Ⅱ72、固定支架Ⅰ29、固定支架Ⅱ30、螺钉阵列Ⅳ33和传动螺母Ⅱ73；所述电动机31、固定支架Ⅰ29、固定支架Ⅱ30、丝杠Ⅰ66和丝杠Ⅱ70通过螺钉阵列Ⅳ33、螺钉阵列Ⅱ65和螺钉阵列Ⅲ71与进给箱13固定连接；电动机31的输出端与齿轮Ⅰ68平键连接；齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69分别与齿轮Ⅰ68啮合连接，齿轮Ⅰ68为主动齿轮，齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69为从动齿轮，且齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69的外侧端面均加工有圆周齿，丝杠Ⅰ66的一端开有花键槽，齿轮Ⅱ67与丝杠Ⅰ66的无花键槽部分通过轴承活动连接，且齿轮Ⅱ67的外侧圆周齿与所述横向传动系统的曲柄拨叉机构的圆周齿相啮合，所述横向传动系统的曲柄拨叉机构与丝杠Ⅰ66的花键槽部分花键连接，丝杠Ⅰ66通过两端的轴端盖Ⅰ64与固定支架Ⅰ29固定；传动螺母Ⅰ63与丝杠Ⅰ66组成静压丝杠螺母副，传动螺母Ⅰ63顶端平面与纵向传动系统螺纹固定连接；齿轮Ⅲ69活动嵌套在丝杠Ⅱ70的花键槽部分，且齿轮Ⅲ69的外侧圆周齿与横向传动系统的曲柄拨叉机构的圆周齿相啮合；横向传动系统的曲柄拨叉机构与丝杠Ⅱ70的花键槽部分花键连接，丝杠Ⅱ70通过两端的轴端盖Ⅱ72与固定支架Ⅱ30固定；传动螺母Ⅱ73与丝杠Ⅱ70组成静压丝杠螺母副，传动螺母Ⅱ73顶端平面通过螺钉与与纵向传动系统螺纹固定连接。

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，纵向传动系统包括直线电机Ⅱ、静压导轨Ⅱ、挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16，直线电机Ⅱ和静压导轨Ⅱ平行安装，挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16垂直安置于静压导轨Ⅱ两侧；

根据本发明所提供的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其中，直线电机Ⅱ包括直线电机初级Ⅱ15和直线电机次级Ⅱ78，静压导轨Ⅱ包括静压导轨固定部分Ⅲ14、静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82；静压导轨固定部分Ⅲ14与床身支撑台10固定连接，静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82与静压导轨固定部分Ⅲ14活动连接，电机初级Ⅱ15与固定在静压导轨固定部分Ⅲ14的中间区域，挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16位于静压导轨固定部分Ⅲ14的两端且分别固定在床身支撑台10上，直线电机次级Ⅱ78、静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82的顶面分别与横向传动系统中的进给箱13固定连接。

在进行车削加工时，根据加工需要用到的车刀调节相应手柄的位置，通过使直线电机Ⅰ工作将待加工的工件或工件阵列移动到相应的加工区域待加工；开启电主轴3使待加工的工件或工件阵列高速旋转，开启电动机31和直线电机Ⅱ使处于工作状态中的车刀在机床的横向上运动的同时还能在纵向上运动，从而实现了对待加工的工件或工件阵列的切削，加工出复杂的光学曲面。

本发明的优点在于：

1.传统车削机床通常每次只能对一个曲面在主轴中心位置进行车削，对离轴曲面的偏离主轴的车削加工具有很大的局限性，本发明机床能够对离轴曲面的离轴加工进行高精度的车削加工。

2．通过采用特殊夹具，结合本发明机床中采用的双刀具能够对密布的工件阵列进行同步高效车削，同时还能保证机床加工中的动平衡，极大提高了机床的加工效率。

3．本发明机床采用了独特的拨叉机构，不仅能够使两个刀架同时工作，还能只使其中一个刀架工作而另一个不工作，能够适应不同的加工要求。

4．通过将单个工件直接装夹到电主轴真空吸盘的中心，并调节手柄位置使一个刀架工作，便可适用于一般普通非离轴曲面的加工，使机床具有较高的通用性和实用性。

5．设计的曲柄拨叉机构具有自锁功能。

附图说明

图1为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的总体效果图

图2为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的旋转执行机构的结构示意图

图3为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的横向辅助运动系统的内部结构

图4为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的横向辅助运动系统的剖视图

图5为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的横向传动系统的结构示意图

图6为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的刀架系统的结构示意图

图7为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的刀架示意图

图8为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的曲柄拨叉机构的结构示意图

图9为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的齿轮传动机构的结构示意图

图10为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的丝杠示意图

图11为本发明所述的离轴光学曲面动平衡超精密车削机床的纵向传动系统的结构示意图

其中：1.工件阵列 2.真空吸盘 3.电主轴 4.主轴箱 5.螺钉阵列Ⅰ 6.静压导轨运动部分Ⅰ 7.静压导轨固定部分Ⅰ 8.挡块Ⅰ 9.直线电机初级Ⅰ 10.床身支撑台 11.挡块Ⅲ 12.刀架Ⅰ 13.进给箱 14.静压导轨固定部分Ⅲ 15.直线电机初级Ⅱ 16.挡块Ⅳ 17.刀架Ⅱ 18.静压导轨固定部分Ⅱ 19.工件定位销阵列 20.手柄Ⅰ 21.手柄Ⅱ 22.长铰链轴Ⅰ 23.长铰链轴Ⅱ 24.长连杆Ⅱ 25.铰链轴Ⅰ 26.铰链轴Ⅱ 27.铰链轴Ⅳ 28.铰链轴Ⅲ 29.固定支架Ⅰ 30.固定支架Ⅱ 31.电动机32.静压导轨运动部分Ⅲ 33.螺钉阵列Ⅳ 34.静压导轨运动部分Ⅱ 35.棱柱副Ⅰ 36.拉伸弹簧Ⅰ 37.支撑板Ⅰ 38.支撑板Ⅱ 39.开口销Ⅲ 40.长连杆Ⅰ 41.开口销Ⅴ42.短连杆Ⅰ 43.开口销Ⅷ 44.滑块连接件Ⅱ 45.滑块连接件Ⅰ 46.开口销Ⅶ 47.连接轴Ⅰ 48.连接轴Ⅱ 49.拨叉Ⅰ 50.拨叉Ⅱ 51.压缩弹簧Ⅰ 52.齿式离合器Ⅰ53.齿式离合器Ⅱ 54.压缩弹簧Ⅱ 55.滑块支撑架 56.短连杆Ⅱ 57.开口销Ⅵ 58.开口销Ⅳ 59.开口销Ⅱ 60.棱柱副Ⅱ 61.拉伸弹簧Ⅱ 62.开口销Ⅰ 63.传动螺母Ⅰ 64.轴端盖Ⅰ 65.螺钉阵列Ⅱ 66.丝杠Ⅰ 67.齿轮Ⅱ 68.齿轮Ⅰ 69.齿轮Ⅲ70.丝杠Ⅱ 71.螺钉阵列Ⅲ 72.轴端盖Ⅱ 73.传动螺母Ⅱ 74.调高垫片Ⅱ 75.金刚石车刀Ⅱ 76.调高垫片Ⅰ 77.金刚石车刀Ⅰ 78.直线电机次级Ⅱ 79.静压导轨运动部分Ⅳ 80.静压导轨运动部分Ⅴ 81.静压导轨运动部分Ⅵ 82.静压导轨运动部分Ⅶ83.直线电机次级Ⅰ 84.挡块Ⅱ

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

方案的总体结构如图1所示，其包括电主轴系统、横向传动系统、纵向传动系统和床身支撑台10；

电主轴系统包括旋转执行机构、横向辅助运动系统、挡块Ⅰ8、挡块Ⅱ84和主轴箱4；其中主轴箱4嵌套固定在旋转执行机构外侧，挡块Ⅰ8和挡块Ⅱ84垂直安置在横向辅助运动系统的两侧，旋转执行机构垂直安置在横向辅助运动系统的上方。

旋转执行机构包括工件阵列1、真空吸盘2、电主轴3和工件定位销阵列19，如图2所示，工件阵列1和工件定位销阵列19沿圆周均匀密布的固定在真空吸盘2上，真空吸盘2与电主轴3的输出端固定连接，从而使电主轴3能够带动工件阵列1高速旋转。

横向辅助运动系统包括直线电机Ⅰ和静压导轨Ⅰ，如图3和4所示，其中直线电机Ⅰ和静压导轨Ⅰ平行安置；直线电机Ⅰ包括直线电机初级Ⅰ9和直线电机次级Ⅰ83，静压导轨Ⅰ包括静压导轨运动部分Ⅰ6和静压导轨固定部分Ⅰ7，静压导轨运动部分Ⅰ6和静压导轨固定部分Ⅰ7之间充满液压油，能够减小运动时的摩擦；直线电机初级Ⅰ9通过螺钉与静压导轨固定部分Ⅰ7固定连接，直线电机次级Ⅰ83通过螺钉与静压导轨运动部分Ⅰ6固定连接，从而使静压导轨Ⅰ对直线电机次级Ⅰ83的运动起导向作用。

挡块Ⅰ8和挡块Ⅱ84在静压导轨Ⅰ的两端通过螺钉与床身支撑台10固定连接，对静压导轨运动部分Ⅰ6的运动起限位作用；旋转执行机构的电主轴3底面通过螺钉与横向辅助运动系统中的静压导轨运动部分Ⅰ6固定连接，主轴箱4套在旋转执行机构的外侧，并通过螺钉阵列Ⅰ5与静压导轨运动部分Ⅰ6固定连接；静压导轨固定部分Ⅰ7的底面通过螺钉与床身支撑台10固定连接，从而实现了直线电机Ⅰ能够控制工件阵列1沿机床横向的直线移动。

横向传动系统包括刀架系统、曲柄拨叉机构、齿轮传动机构和进给箱13，如图5所示；其中刀架系统平行安置于曲柄拨叉机构一侧，齿轮传动机构平行安置于刀架系统的下方，进给箱13安置于刀架系统、曲柄拨叉机构和齿轮传动机构的外侧。

刀架系统包括刀架Ⅰ12、调高垫片Ⅰ76、金刚石车刀Ⅰ77、刀架Ⅱ17、调高垫片Ⅱ74、金刚石车刀Ⅱ75、静压导轨固定部分Ⅱ18、静压导轨运动部分Ⅱ34和静压导轨运动部分Ⅲ32；如图6所示，刀架Ⅰ12与静压导轨运动部分Ⅱ34固定，刀架Ⅱ17与静压导轨运动部分Ⅲ32固定连接，刀架Ⅰ12上安装有金刚石车刀Ⅰ77和调高垫片Ⅰ76，刀架Ⅱ17上安装有金刚石车刀Ⅱ75和调高垫片Ⅱ74，为了使处于加工的状态的两个工件的加工点处于水平位置，应将金刚石车刀Ⅱ75的刀尖朝下安装，并通过调高垫片Ⅱ74和调高垫片Ⅰ76调节两刀的高度，使两刀尖处于水平；静压导轨运动部分Ⅱ34和静压导轨运动部分Ⅲ32均与静压导轨固定部分Ⅱ18活动连接，进而实现金刚石车刀Ⅰ77和金刚石车刀Ⅱ75沿静压导轨Ⅱ的直线移动。

曲柄拨叉机构包括曲柄机构、拨叉机构、支撑板Ⅰ37、支撑板Ⅱ38、开口销Ⅲ39、开口销Ⅳ58和滑块支撑架55，其中拨叉机构固定于曲柄机构末端，支撑板Ⅰ37、支撑板Ⅱ38、开口销Ⅲ39和开口销Ⅳ58固定于曲柄机构的首端，滑块支撑架55嵌套在曲柄机构上。

曲柄机构包括手柄Ⅰ20、棱柱副Ⅰ35、拉伸弹簧Ⅰ36、长连杆Ⅰ40、开口销Ⅴ41、短连杆Ⅰ42、开口销Ⅷ43、滑块连接件Ⅱ44、滑块连接件Ⅰ45、开口销Ⅶ46、连接轴Ⅰ47、连接轴Ⅱ48、短连杆Ⅱ56、开口销Ⅵ57、长连杆Ⅱ24、开口销Ⅱ59、棱柱副Ⅱ60、拉伸弹簧Ⅱ61、开口销Ⅰ62、手柄Ⅱ21、长铰链轴Ⅰ22、长铰链轴Ⅱ23、铰链轴Ⅰ25、铰链轴Ⅱ26、铰链轴Ⅳ27、铰链轴Ⅲ28；如图8所示，其中手柄Ⅰ20与长连杆Ⅰ40通过棱柱副Ⅰ35、拉伸弹簧Ⅰ36和开口销Ⅰ62活动连接，拉伸弹簧Ⅰ36嵌套在棱柱副Ⅰ35的一侧，棱柱副Ⅰ35确保手柄Ⅰ20的上下移动能够带动长连杆Ⅰ40活动；长连杆Ⅰ40通过长铰链轴Ⅰ22和开口销Ⅲ39与支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38活动链接，短连杆Ⅰ42通过开口销Ⅴ41和铰链轴Ⅰ25与长连杆Ⅰ40活动连接，连接轴Ⅰ47通过滑块连接件Ⅰ45与短连杆Ⅰ42活动连接，滑块连接件Ⅰ45与短连杆Ⅰ42通过开口销Ⅶ46和铰链轴Ⅲ28活动连接，滑块连接件Ⅰ45与连接轴Ⅰ47通过销钉活动连接；手柄Ⅱ21与长连杆Ⅱ24通过棱柱副Ⅱ60、拉伸弹簧Ⅱ61和开口销Ⅱ59活动连接，拉伸弹簧Ⅱ61嵌套在棱柱副Ⅱ60的一侧，棱柱副Ⅱ60确保手柄Ⅱ21的上下移动能够带动长连杆Ⅱ24活动；长连杆Ⅱ24通过长铰链轴Ⅱ23和开口销Ⅳ58与支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38活动链接，短连杆Ⅱ56通过开口销Ⅵ57和铰链轴Ⅱ26与长连杆Ⅱ24活动连接，连接轴Ⅱ48通过滑块连接件Ⅱ44与短连杆Ⅱ56活动连接，滑块连接件Ⅱ44与短连杆Ⅱ56通过开口销Ⅷ43和铰链轴Ⅳ27活动连接，滑块连接件Ⅱ44与连接轴Ⅱ48通过销钉活动连接；通过该曲柄机构，手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21的上下移动能够带动连接轴Ⅰ47和连接轴Ⅱ48的左右移动。

拨叉机构包括拨叉Ⅰ49、拨叉Ⅱ50、压缩弹簧Ⅰ51、齿式离合器Ⅰ52、齿式离合器Ⅱ53、压缩弹簧Ⅱ54；如图8所示，连接轴Ⅰ47穿过滑块支撑架55上方的通孔，拨叉Ⅰ49与连接轴Ⅰ47通过螺钉固定连接；齿式离合器Ⅰ52的内侧开有花键槽，外侧与拨叉Ⅰ49嵌合活动连接，使手柄Ⅰ20的上下移动能够带动齿式离合器Ⅰ52的左右移动；连接轴Ⅱ48穿过滑块支撑架55上方的通孔，拨叉Ⅱ50与连接轴Ⅱ48通过螺钉固定连接；齿式离合器Ⅱ53的内侧开有花键槽，外侧与拨叉Ⅱ50嵌合活动连接，使手柄Ⅱ21的上下移动能够带动齿式离合器Ⅱ53的左右移动；齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53均在开有花键槽的一侧设有圆周齿，压缩弹簧Ⅰ51和压缩弹簧Ⅱ54分别嵌套在齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53无圆周齿侧的内圆周上，起自锁作用；因而手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21的上下移动同样能够带动齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53的左右移动。

齿轮传动机构包括电动机31、传动螺母Ⅰ63、轴端盖Ⅰ64、螺钉阵列Ⅱ65、丝杠Ⅰ66、齿轮Ⅱ67、齿轮Ⅰ68、齿轮Ⅲ69、丝杠Ⅱ70、螺钉阵列Ⅲ71、轴端盖Ⅱ72、固定支架Ⅰ29、固定支架Ⅱ30、螺钉阵列Ⅳ33和传动螺母Ⅱ73；如图9所示，其中电动机31的输出端与齿轮Ⅰ68平键连接，使电动机31输出端的转动能够带动齿轮Ⅰ68转动；齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69分别与齿轮Ⅰ68啮合连接，齿轮Ⅰ68为主动齿轮，齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69为从动齿轮，且齿轮Ⅱ67和齿轮Ⅲ69外侧端面均加工有圆周齿且型号相同确保转速相同；如图10所示，丝杠Ⅰ66的一端开有一段花键槽，齿轮Ⅱ67活动嵌套在丝杠Ⅰ66的花键槽部分，且齿轮Ⅱ67的外侧圆周齿与齿式离合器Ⅰ52的内侧圆周齿相啮合，使齿轮Ⅱ67的旋转能够带动齿式离合器Ⅰ52的旋转；齿式离合器Ⅰ52和压缩弹簧Ⅰ51安装在花键槽部分，使丝杠Ⅰ66的旋转能够带动齿式离合器Ⅰ52的旋转，丝杠Ⅰ66通过两端的轴端盖Ⅰ64和固定支架Ⅰ29支撑与固定；传动螺母Ⅰ63与丝杠Ⅰ66组成静压丝杠螺母副，通过两者的螺纹部分螺纹连接，螺旋面之间有一层高压油膜，可以提高进给精度；传动螺母Ⅰ63顶端平面通过螺钉与静压导轨运动部分Ⅲ32固定连接，使齿轮Ⅱ67的转动能够带动传动螺母Ⅰ63沿丝杠Ⅰ66轴向做直线运动；齿轮Ⅲ69活动嵌套在丝杠Ⅱ70的花键槽部分，且齿轮Ⅲ69的外侧圆周齿与齿式离合器Ⅱ53的内侧圆周齿相啮合，使齿轮Ⅲ69的旋转能够带动齿式离合器Ⅱ53的旋转；齿式离合器Ⅱ53和压缩弹簧Ⅱ54安装在花键槽部分，使丝杠Ⅱ70的旋转能够带动齿式离合器Ⅱ53的旋转，丝杠Ⅱ70通过两端的轴端盖Ⅱ72和固定支架Ⅱ30支撑与固定；传动螺母Ⅱ73与丝杠Ⅱ70组成静压丝杠螺母副，通过两者的螺纹部分螺纹连接，螺旋面之间有一层高压油膜，可以提高进给精度；传动螺母Ⅱ73顶端平面通过螺钉与静压导轨运动部分Ⅱ34固定连接，使齿轮Ⅲ69的转动能够带动传动螺母Ⅱ73沿丝杠Ⅱ70轴向做直线运动；从而实现了电动机31带动传动螺母Ⅰ63和传动螺母Ⅱ73做同步相向直线移动，进而带动刀架Ⅱ17和刀架Ⅰ12沿机床横向做同步相向直线运动。

齿式离合器Ⅰ52与齿轮Ⅱ67齿啮合后嵌套在丝杠Ⅰ66的一端，在齿式离合器Ⅰ52和丝杠Ⅰ66之间安装有压缩弹簧Ⅰ51，若齿式离合器Ⅰ52的圆周齿面通过手柄Ⅰ20的调节与齿轮Ⅱ67的圆周齿面相啮合，则齿轮Ⅱ67处于工作状态，能够带动丝杠Ⅰ66转动和传动螺母Ⅰ63轴向移动，进而带动刀架Ⅱ17工作，若两齿面未啮合，则齿轮Ⅱ67处于空转状态，无法带动丝杠Ⅰ66转动以及传动螺母Ⅰ63轴向移动，也就无法带动刀架Ⅱ17移动；压缩弹簧Ⅰ51和压缩弹簧Ⅱ54分别嵌套在齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53的内侧圆周上，对啮合的齿轮起自锁作用；该结构为对称结构，从而使手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21能够分别控制刀架Ⅱ17和刀架Ⅰ12的工作状态。

刀架系统通过静压导轨固定部分Ⅱ18与进给箱13上相应的孔固定连接，曲柄拨叉机构通过滑块支撑架55、支撑板Ⅰ37和支撑板Ⅱ38与进给箱13螺纹固定连接，手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21分别嵌套在进给箱13一侧的上下两个“7”字形孔中，“7”字形孔即为手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21可以运动的轨迹位置；齿轮传动机构通过电动机31、固定支架Ⅰ29、固定支架Ⅱ30、丝杠Ⅰ66和丝杠Ⅱ70通过螺钉阵列Ⅳ33、螺钉阵列Ⅱ65和螺钉阵列Ⅲ71等螺钉与进给箱13固定连接。

在默认状态下，手柄Ⅰ20和手柄Ⅱ21分别位于进给箱13旁侧两个“7”字形孔的下方，此时在压缩弹簧Ⅰ51和压缩弹簧Ⅱ54的作用下，齿式离合器Ⅰ52和齿式离合器Ⅱ53均与相应的齿轮相啮合，刀架Ⅱ17和刀架Ⅰ12均处于切削工件的工作状态；当仅需一个车刀工作时，将其中一个手柄比如手柄Ⅰ20向上拨动到“7”字形孔的上方，在拉伸弹簧Ⅰ36的作用下手柄Ⅰ20将会自动保持在孔上方的最左端，此时，拨叉Ⅰ49将带动齿式离合器Ⅰ52向远离齿轮Ⅱ67的方向移动，使齿式离合器Ⅰ52和齿轮Ⅱ67互相分离，齿轮Ⅱ67处于空转状态，无法带动丝杠Ⅰ66旋转，进而刀架Ⅱ17便不能移动进行切削加工，此时，刀架Ⅱ17处于不工作状态，只有刀架Ⅰ12处于工作状态。

纵向传动系统包括直线电机Ⅱ、静压导轨Ⅱ、挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16，其中直线电机Ⅱ和静压导轨Ⅱ平行安装，挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16垂直安置于静压导轨Ⅱ两侧；

直线电机Ⅱ包括直线电机初级Ⅱ15和直线电机次级Ⅱ78，静压导轨Ⅱ包括静压导轨固定部分Ⅲ14、静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82；如图11所示，静压导轨固定部分Ⅲ14通过螺钉与床身支撑台10固定连接，静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82与静压导轨固定部分Ⅲ14活动连接，电机初级Ⅱ15与静压导轨固定部分Ⅲ14的中间区域通过螺钉固定连接，挡块Ⅲ11和挡块Ⅳ16在静压导轨固定部分Ⅲ14的两端通过螺钉分别固定在床身支撑台10上，对直线电机次级Ⅱ78的运动起限位作用，直线电机次级Ⅱ78、静压导轨运动部分Ⅳ79、静压导轨运动部分Ⅴ80、静压导轨运动部分Ⅵ81和静压导轨运动部分Ⅶ82的顶面分别与横向传动系统中的进给箱13通过螺钉固定连接，从而使直线电机Ⅱ带动横向传动系统做直线移动，进而使刀架Ⅱ17和刀架Ⅰ12在机床纵向上做直线进给运动，对工件进行车削。

在进行车削加工时，根据加工需要用到的车刀调节相应手柄的位置，通过使直线电机Ⅰ工作将待加工的工件或工件阵列移动到相应的加工区域待加工；开启电主轴3使待加工的工件或工件阵列高速旋转，开启电动机31和直线电机Ⅱ使处于工作状态中的车刀在机床的横向上运动的同时还能在纵向上运动。自此，该机床可以实现工件阵列1的旋转、刀架Ⅱ17和刀架Ⅰ12沿车床横向的同步相向直线运转和沿车床纵向的直线进给运动，三个方向的运动相结合便可实现对待加工的工件或工件阵列的高效、高精度的车削加工，从而加工出复杂的光学曲面。

在对普通单个非离轴曲面进行车削加工时，只需将待加工的工件直接吸附在真空吸盘的中心，通过调整手柄Ⅰ20或手柄Ⅱ21选择一把金刚石车刀作为车削刀具，通过调整直线电机Ⅰ和直线电机Ⅱ，将工件移动到金刚石车刀的加工范围，同时调整金刚石车刀刀尖的高度，使刀尖与工件中心处于水平位置，便可对非离轴工件进行车削加工；该调整使得本发明的机床不仅能够适用于多个离轴曲面的高精度、高效率切削，还能适用于普通单个非离轴曲面的高精度切削，提高了机床的通用性和实用性。

Claims (8)

1.一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其包括电主轴系统和床身支撑台（10），电主轴系统固定于床身支撑台（10）上，电主轴系统包括旋转执行机构、横向辅助运动系统、挡块Ⅰ（8）、挡块Ⅱ（84）和主轴箱（4），主轴箱（4）嵌套固定在旋转执行机构外侧，挡块Ⅰ（8）和挡块Ⅱ（84）垂直安置在横向辅助运动系统的两侧，旋转执行机构垂直安置在横向辅助运动系统的上方；其特征在于，该离轴光学曲面动平衡超精密车削机床还包括横向传动系统和纵向传动系统，横向传动系统垂直安装于纵向传动系统上方；其中，所述横向传动系统包括刀架系统、曲柄拨叉机构、齿轮传动机构和进给箱（13），刀架系统平行安置于曲柄拨叉机构一侧，齿轮传动机构平行安置于刀架系统的下方，进给箱（13）安置于刀架系统、曲柄拨叉机构和齿轮传动机构的外侧；所述纵向传动系统固定于床身支撑台（10）上，且纵向传动系统与电主轴系统相垂直。

2.按照权利要求1所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述横向传动系统的刀架系统包括刀架Ⅰ（12）、调高垫片Ⅰ（76）、金刚石车刀Ⅰ（77）、刀架Ⅱ（17）、调高垫片Ⅱ（74）、金刚石车刀Ⅱ（75）、静压导轨固定部分Ⅱ（18）、静压导轨运动部分Ⅱ（34）和静压导轨运动部分Ⅲ（32），所述刀架Ⅰ（12）与静压导轨运动部分Ⅱ（34）固定，刀架Ⅱ（17）与静压导轨运动部分Ⅲ（32）固定，刀架Ⅰ（12）上安装有金刚石车刀Ⅰ（77）和调高垫片Ⅰ（76），刀架Ⅱ（17）上安装有金刚石车刀Ⅱ（75）和调高垫片Ⅱ（74），静压导轨运动部分Ⅱ（34）和静压导轨运动部分Ⅲ（32）均与静压导轨固定部分Ⅱ（18）活动连接；所述刀架系统通过静压导轨固定部分Ⅱ（18）与进给箱（13）固定连接。

3.按照权利要求1所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述横向传动系统的曲柄拨叉机构包括曲柄机构、拨叉机构、支撑板Ⅰ（37）、支撑板Ⅱ（38）、开口销Ⅲ（39）、开口销Ⅳ（58）和滑块支撑架（55），其中，拨叉机构固定于曲柄机构末端，支撑板Ⅰ（37）、支撑板Ⅱ（38）、开口销Ⅲ（39）和开口销Ⅳ（58）固定于曲柄机构的首端，滑块支撑架（55）嵌套在曲柄机构上；所述曲柄拨叉机构通过滑块支撑架（55）、支撑板Ⅰ（37）和支撑板Ⅱ（38）与进给箱（13）螺纹连接。

4.按照权利要求3所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述曲柄机构包括手柄Ⅰ（20）、手柄Ⅱ（21）、棱柱副Ⅰ（35）、棱柱副Ⅱ（60）、拉伸弹簧Ⅰ（36）、拉伸弹簧Ⅱ（61）、长连杆Ⅰ（40）、长连杆Ⅱ（24）、开口销Ⅰ（62）、开口销Ⅱ（59）、开口销Ⅴ（41）、开口销Ⅵ（57）、开口销Ⅶ（46）、开口销Ⅷ（43）、短连杆Ⅰ（42）、短连杆Ⅱ（56）、滑块连接件Ⅱ（44）、滑块连接件Ⅰ（45）、连接轴Ⅰ（47）、连接轴Ⅱ（48）、长铰链轴Ⅰ（22）、长铰链轴Ⅱ（23）、铰链轴Ⅰ（25）、铰链轴Ⅱ（26）、铰链轴Ⅳ（27）、铰链轴Ⅲ（28）；其中，所述手柄Ⅰ（20）与长连杆Ⅰ（40）通过棱柱副Ⅰ（35）、拉伸弹簧Ⅰ（36）和开口销Ⅰ（62）活动连接，拉伸弹簧Ⅰ（36）嵌套在棱柱副Ⅰ（35）的一侧；长连杆Ⅰ（40）通过长铰链轴Ⅰ（22）和开口销Ⅲ（39）与支撑板Ⅰ（37）和支撑板Ⅱ（38）活动链接，短连杆Ⅰ（42）通过开口销Ⅴ（41）和铰链轴Ⅰ（25）与长连杆Ⅰ（40）活动连接，连接轴Ⅰ（47）穿过滑块支撑架（55）上方的通孔，连接轴Ⅰ（47）通过滑块连接件Ⅰ（45）与短连杆Ⅰ（42）活动连接，滑块连接件Ⅰ（45）与短连杆Ⅰ（42）通过开口销Ⅶ（46）和铰链轴Ⅲ（28）活动连接，滑块连接件Ⅰ（45）与连接轴Ⅰ（47）通过销钉活动连接；手柄Ⅱ（21）与长连杆Ⅱ（24）通过棱柱副Ⅱ（60）、拉伸弹簧Ⅱ（61）和开口销Ⅱ（59）活动连接，拉伸弹簧Ⅱ（61）嵌套在棱柱副Ⅱ（60）的一侧；长连杆Ⅱ（24）通过长铰链轴Ⅱ（23）和开口销Ⅳ（58）与支撑板Ⅰ（37）和支撑板Ⅱ（38）活动链接，短连杆Ⅱ（56）通过开口销Ⅵ（57）和铰链轴Ⅱ（26）与长连杆Ⅱ（24）活动连接，连接轴Ⅱ（48）穿过滑块支撑架（55）上方的通孔，连接轴Ⅱ（48）通过滑块连接件Ⅱ（44）与短连杆Ⅱ（56）活动连接，滑块连接件Ⅱ（44）与短连杆Ⅱ（56）通过开口销Ⅷ（43）和铰链轴Ⅳ（27）活动连接，滑块连接件Ⅱ（44）与连接轴Ⅱ（48）通过销钉活动连接；所述手柄Ⅰ（20）和手柄Ⅱ（21）分别嵌套在进给箱（13）一侧的上下两个“7”字形孔中。

5.按照权利要求3所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述拨叉机构包括拨叉Ⅰ（49）、拨叉Ⅱ（50）、压缩弹簧Ⅰ（51）、齿式离合器Ⅰ（52）、齿式离合器Ⅱ（53）、压缩弹簧Ⅱ（54）；其中，拨叉Ⅰ（49）与所述曲柄机构固定连接；齿式离合器Ⅰ（52）的内侧开有花键槽，其外侧与拨叉Ⅰ（49）嵌合活动连接；拨叉Ⅱ（50）与所述曲柄机构固定连接；齿式离合器Ⅱ（53）的内侧开有花键槽，外侧与拨叉Ⅱ（50）嵌合活动连接；齿式离合器Ⅰ（52）和齿式离合器Ⅱ（53）均在开有花键槽的一侧设有圆周齿，压缩弹簧Ⅰ（51）和压缩弹簧Ⅱ（54）分别嵌套在齿式离合器Ⅰ（52）和齿式离合器Ⅱ（53）无圆周齿侧的内圆周上。

6.按照权利要求1所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述横向传动系统的齿轮传动机构包括电动机（31）、传动螺母Ⅰ（63）、轴端盖Ⅰ（64）、螺钉阵列Ⅱ（65）、丝杠Ⅰ（66）、齿轮Ⅱ（67）、齿轮Ⅰ（68）、齿轮Ⅲ（69）、丝杠Ⅱ（70）、螺钉阵列Ⅲ（71）、轴端盖Ⅱ（72）、固定支架Ⅰ（29）、固定支架Ⅱ（30）、螺钉阵列Ⅳ（33）和传动螺母Ⅱ（73）；所述电动机（31）、固定支架Ⅰ（29）、固定支架Ⅱ（30）、丝杠Ⅰ（66）和丝杠Ⅱ（70）通过螺钉阵列Ⅳ（33）、螺钉阵列Ⅱ（65）和螺钉阵列Ⅲ（71）与进给箱（13）固定连接；其中，电动机（31）的输出端与齿轮Ⅰ（68）平键连接；齿轮Ⅱ（67）和齿轮Ⅲ（69）分别与齿轮Ⅰ（68）啮合连接，齿轮Ⅰ（68）为主动齿轮，齿轮Ⅱ（67）和齿轮Ⅲ（69）为从动齿轮，且齿轮Ⅱ（67）和齿轮Ⅲ（69）的外侧端面均加工有圆周齿，丝杠Ⅰ（66）的一端开有花键槽，齿轮Ⅱ（67）与丝杠Ⅰ（66）的无花键槽部分通过轴承活动连接，且齿轮Ⅱ（67）的外侧圆周齿与所述横向传动系统的曲柄拨叉机构的圆周齿相啮合，所述横向传动系统的曲柄拨叉机构与丝杠Ⅰ（66）的花键槽部分花键连接，丝杠Ⅰ（66）通过两端的轴端盖Ⅰ（64）与固定支架Ⅰ（29）固定；传动螺母Ⅰ（63）与丝杠Ⅰ（66）组成静压丝杠螺母副，传动螺母Ⅰ（63）顶端平面与纵向传动系统螺纹固定连接；齿轮Ⅲ（69）活动嵌套在丝杠Ⅱ（70）的花键槽部分，且齿轮Ⅲ（69）的外侧圆周齿与横向传动系统的曲柄拨叉机构的圆周齿相啮合；横向传动系统的曲柄拨叉机构与丝杠Ⅱ（70）的花键槽部分花键连接，丝杠Ⅱ（70）通过两端的轴端盖Ⅱ（72）与固定支架Ⅱ（30）固定；传动螺母Ⅱ（73）与丝杠Ⅱ（70）组成静压丝杠螺母副，传动螺母Ⅱ（73）顶端平面通过螺钉与与纵向传动系统螺纹固定连接。

7.按照权利要求1所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述纵向传动系统包括直线电机Ⅱ、静压导轨Ⅱ、挡块Ⅲ（11）和挡块Ⅳ（16），其中直线电机Ⅱ和静压导轨Ⅱ平行安装，挡块Ⅲ（11）和挡块Ⅳ（16）垂直安置于静压导轨Ⅱ两侧。

8.按照权利要求7所述的一种离轴光学曲面动平衡超精密车削机床，其特征在于，所述直线电机Ⅱ包括直线电机初级Ⅱ（15）和直线电机次级Ⅱ（78），静压导轨Ⅱ包括静压导轨固定部分Ⅲ（14）、静压导轨运动部分Ⅳ（79）、静压导轨运动部分Ⅴ（80）、静压导轨运动部分Ⅵ（81）和静压导轨运动部分Ⅶ（82）；静压导轨固定部分Ⅲ（14）与床身支撑台（10）固定连接，静压导轨运动部分Ⅳ（79）、静压导轨运动部分Ⅴ（80）、静压导轨运动部分Ⅵ（81）和静压导轨运动部分Ⅶ（82）与静压导轨固定部分Ⅲ（14）活动连接，直线电机初级Ⅱ（15）与固定在静压导轨固定部分Ⅲ（14）的中间区域，挡块Ⅲ（11）和挡块Ⅳ（16）位于静压导轨固定部分Ⅲ（14）的两端且分别固定在床身支撑台（10）上，直线电机次级Ⅱ（78）、静压导轨运动部分Ⅳ（79）、静压导轨运动部分Ⅴ（80）、静压导轨运动部分Ⅵ（81）和静压导轨运动部分Ⅶ（82）的顶面分别与横向传动系统中的进给箱（13）固定连接。