CN103802003B - 一种光学加工磨削和飞切组合机床床身 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学加工磨削和飞切组合机床床身。所述的机床床身设置有磨削和飞切两种加工能力，磨削的切深较大，作为粗加工可明显提高加工效率，飞切的切深较小，作为精加工可有效保证被加工件的形状精度和位置精度要求；在一台机床床身中含有磨削和飞切两种加工手段，被加工件只需定位一次，解决了被加工件重复定位引起的定位误差，可满足被加工件的形状和位置精度要求。本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身加工KDP晶体侧棱提高效率的同时，可满足零件的面形精度、表面质量和表面缺陷等要求。

Description

一种光学加工磨削和飞切组合机床床身
技术领域
本发明属于光学超精密加工制造领域，具体涉及一种光学加工磨削和飞切组合机床床身，特指一种具有对磷酸二氢钾（KDP）晶体平面飞切加工、同时对KDP晶体侧棱的磨削和飞切组合加工的机床。采用本发明可以显著提高KDP晶体侧棱的加工效率和装卡定位精度。
背景技术
KDP晶体是大型激光装置中实现光电开关与倍频转换的重要光学材料，由于具有质软脆、易潮解、各向异性等特性，其超精密加工极其困难。当前我国神光-Ⅲ等重大光学工程急需大量的大口径KDP晶体，在安装和使用过程中除了对大平面提出高指标的精度要求，对侧面和侧棱提出了加工要求，需要加工430mm×430mm×12mm的KDP晶体四个侧面以及两个侧棱，侧棱切削深度在3mm以内，切削角度为0°到60°可调，四个侧面加工后的垂直度要求为±1’，侧棱所在的两个面的平行度为±1’，表面粗糙度小于5nm。
由于KDP晶体具有各向异性,脆性高,易开裂的特点,它是目前公认的最难加工的光学零件之一，采用磨削和抛光时形成的颗粒一般是金刚石颗粒很容易嵌入KDP晶体中，造成零件表面的损伤，最终影响激光损伤阈值，因此，通常比较理想的KDP晶体加工采用单点金刚石飞切技术，此方法属于断续切削，会对被加工件产生周期冲击。对于KDP晶体的侧棱加工，尤其在最初切削时特别容易出现KDP晶体的崩裂，另外，由于侧棱的切削量是比较大的毫米级，每刀的进给深度为微米级，对于飞切要切削几毫米的深度,加工效率极低。采用粗加工和精加工在不同设备上，可以提高粗加工的效率，但两次定位会被加工的KDP晶体造成重复定位误差，影响零件的最终精度。
发明内容
本发明提供一种光学加工磨削和飞切组合机床床身。本发明不仅可用于KDP晶体的侧棱加工，解决现有KDP晶体侧棱加工中加工效率和精度的问题，而且可用于为KDP晶体平面和侧棱的飞切加工。本发明在提高加工效率的同时，也可以满足零件的精度要求。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特点是，所述的机床床身包括龙门基座单元、飞切主轴单元、磨削单元、俯仰机构、X向导轨。其中，龙门基座单元包括底座、立柱、托架、横梁。所述的飞切主轴单元包括飞切主轴、电机、刀盘、飞刀。所述的磨削单元包括砂轮、磨削主轴、Z向导轨、Y向导轨。其连接关系是，所述的底座放置于地面上，X向导轨通过螺钉固定设置在底座的上面中间位置，俯仰机构安装在X向导轨上，被加工件放置在俯仰机构上。在底座上位于X向导轨的两侧固定设置有两个平行的立柱，托架的两端与两个立柱上端连接，横梁固定在托架上方的中间位置，构成龙门式结构；飞切主轴固定在横梁的中间位置，电机安装在飞切主轴的上方，飞切主轴的下端面与刀盘连接，在刀盘的两侧对称位置分别安装两把飞刀。Y向导轨安装在托架的上方，并设置在横梁的前端，Z向导轨安装在Y向导轨的前端，构成二维工作台。磨削主轴固定设置在Z向导轨前端，砂轮固定设置在磨削主轴前端。
所述的飞切主轴为气浮主轴。
所述的磨削主轴为气浮主轴。
所述的Z向导轨、Y向导轨为机械导轨。
所述的底座、立柱、横梁采用花岗岩材料制作。
本发明的KDP晶体侧棱磨削和飞切组合机床床身有益效果是：所述的机床床身中设置有磨削和飞切两种加工能力，磨削的切深较大，作为粗加工可明显提高加工效率，飞切的切深较小，作为精加工可有效保证被加工件的形状精度和位置精度要求；同时在一台机床床身中含有磨削和飞切，被加工件只需定位一次，解决了被加工件重复定位引起的定位误差，可满足被加工件的形状和位置精度要求。
附图说明
图1为本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身结构主视图；
图2为本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身结构俯视图；
图中：1.底座2.立柱Ⅰ3.托架4.横梁5.砂轮6.磨削主轴7.飞切主轴8.电机9.Z向导轨10.Y向导轨11.刀盘12.飞刀Ⅰ13.俯仰机构14.X向导轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的详细描述：
实施例1
图1为本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身结构主视图，图2为本发明的光学加工磨削和飞切组合机床床身结构俯视图。在图1、2中，本发明的光学超精密加工磨削和飞切组合机床床身，包括龙门基座单元、飞切主轴单元、磨削单元、俯仰机构13、X向导轨14；其中，龙门基座单元包括底座1、立柱、托架3、横梁4。所述的飞切主轴单元包括飞切主轴7、电机8、刀盘11、飞刀。所述的磨削单元包括砂轮5、磨削主轴6、Z向导轨9、Y向导轨10。其连接关系是，所述的底座1放置于地面上，X向导轨14通过螺钉固定设置在底座1的上面中间位置，俯仰机构13安装在X向导轨14上，被加工件放置在俯仰机构13上。在底座1上位于X向导轨14的两侧固定设置有两个平行的立柱，托架3的两端与两个立柱上端连接，横梁4固定在托架3上方的中间位置，构成龙门式结构。飞切主轴7固定在横梁4的中间位置，电机8安装在飞切主轴7的上方，飞切主轴7的下端面与刀盘11连接，在刀盘11的两侧对称位置分别安装两把飞刀。Y向导轨10安装在托架3的上方，并设置在横梁4的前端，Z向导轨9安装在Y向导轨10的前端，构成二维工作台。磨削主轴6固定设置在Z向导轨9前端，砂轮5固定设置在磨削主轴6前端。
所述的飞切主轴为气浮主轴。
所述的磨削主轴为气浮主轴。
所述的Z向导轨9、Y向导轨10为机械导轨。
所述的底座1、立柱、横梁4采用花岗岩材料制作。
本实施例中所述的立柱设置的数量为两个，立柱Ⅰ2为其中一个；飞刀设置的数量为两把，飞刀Ⅰ12为其中一个。
本发明中，所述的俯仰机构的基本结构如下：俯仰机构的底板左侧固定设置有相互平行的两条直线导轨，梯形丝杠安装在两条直线导轨之间，梯形丝杠的两端分别通过安装在底板上的轴承座连接，梯形丝杠的一端还设置有手轮，驱动滑块安装在直线导轨上，并沿着直线导轨滑动，通过摇动手轮驱动梯形丝杠带动驱动滑块做直线运动。所述的底板右侧设置有两块相互平行的支撑板，两个圆弧导轨分别安装在两个支撑板内侧，旋转滑块安装在圆弧导轨上，并沿着圆弧导轨做向心滑动，托板的两外侧分别安装在旋转滑块上，托板随着旋转滑块做向心运动。所述的驱动连杆的一端与托板的底面连接，另一端与驱动滑块连接，驱动连杆将手轮驱动梯形丝杠的直线运动转化为托板的旋转运动；所述的真空吸具通过螺钉固定在托板上表面，被加工零件通过真空负压吸附在真空吸具上。所述的刻度尺分别固定在支撑板的外侧，指针通过螺钉固定在托板的外侧，指针与刻度尺之间有一间距，通过指针相对于刻度尺的运动，确定被加工零件的旋转角度。其中圆弧导轨的角度为90度，指针与刻度尺之间的间距为2mm。
本发明的一种光学加工磨削和飞切组合机床床身的工作状态是这样的：KDP晶体放置在俯仰机构13上，俯仰机构13做姿态调整，使得加工的侧棱满足加工倒角30°的要求，KDP晶体沿X向导轨14快速进给，Z向导轨9和Y向导轨10做二维运动，控制系统控制俯仰机构13、Z向导轨9、Y向导轨10、X向导轨14联动，使得砂轮5磨削KDP晶体的侧棱，按加工要求进行粗加工，Z向导轨9做切深方向进给。粗加工后，KDP晶体沿X向导轨14慢速进给，电机8通过主轴7带动刀盘11做回转运动，两把飞刀中的一把做切削加工，另一把为刀盘11的动平衡配重刀，飞刀采用天然的单点金刚石刀具，采用小切深达到加工精度要求。如此循环，采用砂轮磨削为粗加工，金刚石飞切为精加工，一次定位完成KDP晶体的全部加工过程，显著提高零件的加工精度和加工效率。

Claims (5)

1.一种光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特征在于，所述的机床床身包括龙门基座单元、飞切主轴单元、磨削单元、俯仰机构（13）、X向导轨（14）；其中，龙门基座单元包括底座（1）、立柱、托架（3）、横梁（4）；所述的飞切主轴单元包括飞切主轴（7）、电机（8）、刀盘（11）、飞刀；所述的磨削单元包括砂轮（5）、磨削主轴（6）、Z向导轨（9）、Y向导轨（10）；其连接关系是，所述的底座（1）放置于地面上，X向导轨（14）通过螺钉固定设置在底座（1）的上面中间位置，俯仰机构（13）安装在X向导轨（14）上，被加工件放置在俯仰机构（13）上；在底座（1）上位于X向导轨（14）的两侧固定设置有两个平行的立柱，托架（3）的两端与两个立柱上端连接，横梁（4）固定在托架（3）上方的中间位置，构成龙门式结构；飞切主轴（7）固定在横梁（4）的中间位置，电机（8）安装在飞切主轴（7）的上方，飞切主轴（7）的下端面与刀盘（11）连接，在刀盘（11）的两侧对称位置分别安装两把飞刀；Y向导轨（10）安装在托架（3）的上方，并设置在横梁（4）的前端，Z向导轨（9）安装在Y向导轨（10）的前端，构成二维工作台；磨削主轴（6）固定设置在Z向导轨（9）前端，砂轮（5）固定设置在磨削主轴（6）前端。
2.根据权利要求1所述的光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特征在于：所述的飞切主轴为气浮主轴。
3.根据权利要求1所述的光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特征在于：所述的磨削主轴为气浮主轴。
4.根据权利要求1所述的光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特征在于：所述的Z向导轨（9）、Y向导轨（10）为机械导轨。
5.根据权利要求1所述的光学加工磨削和飞切组合机床床身，其特征在于：所述的底座（1）、立柱、横梁（4）采用花岗岩材料制作。
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