CN106002306A - 一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床 - Google Patents

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曹成国
邹立军
王春光
戴玉红
李云飞
贺大兴
闫向涛
朱生根
刘春雨
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Abstract

本发明公开一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，解决高精度大直径螺纹透镜模具加工问题，具体包括机床床身、X轴、Z轴和B轴，X轴和Z轴为直线进给轴，B轴为回转运动轴，机床床身上表面为中部内凹结构，设有主轴和左右立柱；主轴连接主轴电机，主轴电机安装于主轴电机座上，主轴上端固定安装大理石台面和真空吸盘；左右立柱上方设有横梁，横梁上设有X轴电机和两条X轴导轨，其中一条所述的X轴导轨内侧设有X轴光栅；X轴电机水平连接X轴丝杠，X轴丝杠连接X轴溜板，X轴溜板和X轴导轨利用滚针连接并相对滑动，X轴溜板上装有Z轴电机和Z轴丝杠；Z轴丝杠两侧设有Z轴导轨，Z轴导轨滑动连接Z轴溜板，Z轴溜板下部设有B轴转台和B轴电机。

Description

一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床
技术领域
本发明涉及模具加工领域，具体为一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床。
背景技术
目前，常见的螺纹透镜为塑料注压形成，而注压时需要注压模具。用于加工螺纹透镜的模具一般是金属模具，而生产加工该模具的一般为机床。常规螺纹透镜规格在直径800mm以内，大规格螺纹透镜指直径在1000 以上的透镜。超精密车床属于车床的范畴，其精度高，加工表面质量达到纳米级。现有螺纹透镜模具加工设备以卧式主轴为主，可以满足常规零件的加工，通常所加工的模具直径在800mm以内，从螺纹透镜模具加工的特点，或者车床加工的特点来讲，在排屑、冷却方面具有传统优势。而对于大直径规格部件，尤其对于螺纹透镜模具零件，是一种薄板零件，其平整性要求只能真空吸附装卡，要求必须有一个具有足够刚性的吸附基体，卧式车床很难满足这一要求，从布局上只能采用立式主轴结构。常规的立式车床通常也是用于加工大规格零件，超精密级别并带有B轴的几乎没有。而加工螺纹透镜模具的加工路线和精度要求又决定了设备的精度级别和B轴转台的必须性。采用其它的方法，如插补的方法不仅效率低，并且加工效果难以达到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处垂直机床床身表面设有主轴（15），两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中一条所述的X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10）。
优选的，主轴的回转直径为2000mm-2500mm，端部直径不小于600mm，主轴回转精度为0.001mm，承载1000kg，主轴上部的大理石台面和真空吸盘直径为2200mm。
优选的，主轴为立式主轴，采用液体静压结构。
优选的， X轴行程范围为1200mm，所述的X轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，X轴丝杠直径为30-50mm，导程范围10mm，定位精度为0.01mm。
优选的， X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”型向上布局，并设置预紧调节机构。
优选的，Z轴行程范围为100mm ，所述的Z轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，Z轴丝杠直径30-50mm，导程8mm范围，定位精度为0.005mm。
优选的，Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”型布局。
优选的，B轴采用蜗轮副传动，传动比40-60：1，分辨率为0.0001°。
优选的，B轴采用轴承结构，水平布置，设有锁紧功能。
优选的，本机床根据NC系统编制程序，预设参数进行模具加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够解决大规格直径螺纹透镜模具的制造问题，应用本发明设备加工，不仅达到常规设备所不能实现的模具零件加工，并且其加工效率同样具有优势。
附图说明
图1为本发明一个实施例的大直径螺纹透镜模具加工超精密机床主视图。
图2为本发明一个实施例的大直径螺纹透镜模具加工超精密机床俯视图。
其中附图标记表示的意义为：1：地脚，2：床身，3：左立柱，4：横梁，5：X轴电机，6：X轴丝杠，7：X轴溜板，8： Z轴电机，9：Z轴丝杠，10：B轴电机，11：Z轴溜板，13：真空吸盘，14：大理石台面，15：主轴，16：右立柱，17：主轴电机座，18：主轴电机，19 ：X轴光栅，20：Z轴导轨，21：Z轴溜板，22：X轴导轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先需要说明的是本发明所述的大规格螺纹透镜指直径在1000 以上的透镜，超精密指加工表面质量达到纳米级。
请参阅图1和2，本发明提供一种技术方案：一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处设有主轴（15），两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中一条所述的X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10）。
优选的，主轴的回转直径为2000mm-2500mm，端部直径不小于600mm，主轴回转精度为0.001mm，承载1000kg，主轴上部的大理石台面和真空吸盘直径为2200mm。
优选的，主轴为立式主轴，采用液体静压结构。
优选的， X轴行程范围为1200mm，所述的X轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，X轴丝杠直径为30-50mm，导程范围10mm，定位精度为0.01mm。
优选的， X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”型向上布局，并设置预紧调节机构。
优选的，Z轴行程范围为100mm ，所述的Z轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，Z轴丝杠直径30-50mm，导程8mm范围，定位精度为0.005mm。
优选的，Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”型布局。
优选的，B轴采用蜗轮副传动，传动比40-60：1，分辨率为0.0001°。
优选的，B轴采用轴承结构，水平布置，设有锁紧功能。
优选的，本机床根据NC系统编制程序，预设参数进行模具加工。
具体的，本发明为“大直径螺纹透镜模具加工超精密车床”，分三部分理解：“大直径”、“螺纹透镜模具”、“超精密车床”。
NC系统为业内用于机床控制系统。
螺纹透镜模具是一种特殊的金属模具，用于螺纹透镜的注压。
大直径指加工件的规格，常规螺纹透镜规格在φ800mm以内，大规格指直径在φ1000 以上的尺寸零件，主要面对背投电视、光伏发电等应用领域。
大直径螺纹透镜模具加工超精密车床采用立式主轴，龙门式进给结构布局。车床由2个直线进给轴X轴、Z轴和1个回转B轴构成。X溜板布置在水平横梁上，实现水平方向运动，Z溜板竖直运动，转台B轴布置在Z溜板上，实现绕Y轴旋转。
常规车床以卧式主轴为主，而常规的立式车床通常加工大规格零件，不带B轴，无法完成螺纹透镜模具的加工。
超精密车床属于车床的范畴，其精度高，加工表面质量达到纳米级。
综合以上三点，本发明就是完成一种加工设备制造，满足直径φ2000-2500mm规格，最优选的为φ2200mm规格，用于加工螺纹透镜模具、专用的超精密车床设备。
本发明超精密车床结构布局为图1、图2形式，采用立式主轴，龙门式进给结构布局，X溜板布置在水平横梁上，实现水平方向运动，Z溜板竖直运动，转台B轴布置在Z溜板上，实现绕Y轴旋转。
主轴台面采用台阶式大理石结构，在台面上布置铝制真空吸盘，用于加工件吸附。
本发明的一个优选实施例为，参见附图1、2：
一个大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处设有主轴（15），两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中一条所述的X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10），机床下部设有地脚（1）。
其中：
主轴：采用液体静压形式，主轴回转精度优于0.001mm、承载1000kg。主轴端部直径不小于φ600mm。主轴立式布局，在主轴轴端布置台阶式大理石台面，在其上布置铝制真空吸盘。大理石台面和真空吸盘直径为φ2200mm。主轴转动通过外部主轴电机座上安装的立式主轴电机驱动。
X轴进给机构：X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”向上布局，并具有预紧调节机构。行程1200mm，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ40mm，导程10mm，定位精度优于0.01mm。
Z轴进给机构：Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”布局。行程100mm ，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ40mm，导程8mm，定位精度优于0.005mm。
转台B轴；转台B轴采用轴承结构，选用高精度角接触球轴承配对使用，水平布置。转台B轴可360°回转，采用蜗轮副传动，传动比50比1，实现分辨率0.0001°，并具有锁紧功能。
本发明的另一个优选实施例为：
1.大直径螺纹透镜模具加工的主机结构布局，包括采用立式主轴，龙门式进给结构布局，X溜板布置在水平横梁上，实现水平方向运动，Z溜板竖直运动，转台B轴布置在Z溜板上，实现绕Y轴旋转。
该大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处垂直机床表面设有主轴（15），即所述主轴为立式主轴，两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中一条所述的X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）利用滚针连接并相对滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10），机床下部设有地脚（1）。
大直径螺纹透镜模具加工超精密车床，其特征是，主轴回转直径为φ2200mm；X轴行程1200mm；Z轴行程100mm；可加工螺纹透镜模具最小环踞0.1mm；加工的螺纹透镜模具的表面粗糙度优于10nm。
2. 本实施例大直径螺纹透镜模具加工的关键部件参数为:
1）配套液压主轴，主轴回转精度优于0.001mm、承载1000kg；主轴端部直径不小于φ600mm。主轴立式布局，在主轴轴端布置台阶式大理石台面，在其上布置铝制真空吸盘，用于加工件吸附，真空管路另一端从主轴尾端输出，通过旋转接头与真空泵连接。大理石台面和真空吸盘直径为φ2200mm。
2）X轴进给机构：X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”向上布局，并具有预紧调节机构。行程1200mm，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ30mm，导程10mm，定位精度优于0.01mm。
3）Z轴进给机构：Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”布局。行程100mm ，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ30mm，导程8mm，定位精度优于0.005mm。
4）转台B轴；转台B轴采用轴承结构，选用高精度角接触球轴承配对使用，水平布置。采用蜗轮副传动，传动比50：1，实现分辨率0.0001°，并具有锁紧功能。
3. 在使用本设备加工螺纹透镜模具时，在NC系统编制程序，参数根据加工不同工件进行设定。加工时，刀具使用金刚石刀具，并使用油气冷却。
本发明的另一个优选实施例为：
一个大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处设有主轴（15），两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中一条所述的X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10），机床下部设有地脚（1）。
其中：
1.大直径螺纹透镜模具加工的主机结构布局，包括采用立式主轴，龙门式进给结构布局，X溜板布置在水平横梁上，实现水平方向运动，Z溜板竖直运动，转台B轴布置在Z溜板上，实现绕Y轴旋转。
大直径螺纹透镜模具加工超精密车床，其特征是，主轴回转直径为φ2200mm；X轴行程1200mm；Z轴行程100mm；可加工螺纹透镜模具最小环踞0.1mm；加工的螺纹透镜模具的表面粗糙度优于10nm。
2. 本实施例大直径螺纹透镜模具加工的关键部件参数为:
1）配套液压主轴，主轴回转精度优于0.001mm、承载1000kg；主轴端部直径不小于φ600mm。主轴立式布局，在主轴轴端布置台阶式大理石台面，在其上布置铝制真空吸盘，用于加工件吸附，真空管路另一端从主轴尾端输出，通过旋转接头与真空泵连接。大理石台面和真空吸盘直径为φ2200mm。
2）X轴进给机构：X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”向上布局，并具有预紧调节机构。行程1200mm，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ50mm，导程10mm，定位精度优于0.01mm。
3）Z轴进给机构：Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”布局。行程100mm ，进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，丝杠直径φ50mm，导程8mm，定位精度优于0.005mm。
4）转台B轴；转台B轴采用轴承结构，选用高精度角接触球轴承配对使用，水平布置。采用蜗轮副传动，传动比50：1，实现分辨率0.0001°，并具有锁紧功能。
3. 在使用本设备加工螺纹透镜模具时，在NC系统编制程序，参数根据加工不同工件进行设定。加工时，刀具使用金刚石刀具，并使用油气冷却。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，包括机床床身（2）、X轴、Z轴和B轴，所述的X轴为水平方向直线进给轴，所述的Z轴为竖直方向直线进给轴，所述的B轴为回转运动轴，所述的机床床身（2）上表面为中部内凹结构，中部内凹处设有主轴（15），两侧凸起处设有左立柱（3）和右立柱（16）；所述的主轴（15）连接主轴电机（18），所述的主轴电机（18）安装于主轴电机座（17）上，主轴（15）上端固定安装大理石台面（14），所述的大理石台面（14）上设有真空吸盘（13）；所述的左立柱（3）和右立柱（16）上方安装横梁（4），所述的横梁（4）上设有X轴电机（5）和两条X轴导轨（22），其中所述的一条X轴导轨（22）内侧设有X轴光栅（19）；所述的X轴的X轴电机（5）水平连接X轴丝杠（6），所述的X轴丝杠（6）连接X轴溜板（7），所述的X轴溜板（7）和X轴导轨（22）滑动连接，X轴溜板（7）上装有Z轴电机（8）和Z轴丝杠（9）；所述的Z轴丝杠（9）为竖直方向设置，Z轴丝杠（9）两侧设有Z轴导轨（20），所述的Z轴导轨（20）滑动连接Z轴溜板（11），所述的Z轴溜板（11）在竖直方向运动，Z轴溜板（11）下部安装B轴转台和B轴电机（10）。
2.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的主轴的回转直径为2000mm-2500mm，端部直径不小于600mm，主轴回转精度为0.001mm，承载1000kg，主轴上部的大理石台面和真空吸盘直径为2200mm。
3.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的主轴为立式主轴，采用液体静压结构。
4.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的X轴行程范围为1200mm，所述的X轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，X轴丝杠直径为30-50mm，导程范围10mm，定位精度为0.01mm。
5.根据权利要求4所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的X轴进给机构水平布置，采用滚针式滚动导轨结构，双“V”型向上布局，并设置预紧调节机构。
6.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的Z轴行程范围为100mm ，所述的Z轴设置有进给机构，所述的进给机构为精度等级为1级的滚珠丝杠副，Z轴丝杠直径30-50mm，导程8mm范围，定位精度为0.005mm。
7.根据权利要求6所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的Z轴进给机构竖直布置，采用滚针式滚动导轨结构，“< >”型布局。
8.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的B轴采用蜗轮副传动，传动比40-60：1，分辨率为0.0001°。
9.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的B轴采用轴承结构，水平布置，设有锁紧功能。
10.根据权利要求1所述的一种大直径螺纹透镜模具加工超精密机床，其特征在于，所述的机床根据NC系统编制程序，预设参数进行模具加工。
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