CN106736845A - 一种大行程快刀伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是快刀伺服机构的技术领域，尤其是一种大行程快刀伺服机构。其包括机构支撑座、音圈电机组件、气浮导轨组件、滑台和刀具，所述机构支撑座内底部端面上设置气浮导轨组件，所述气浮导轨组件的上端活动设置滑台，所述滑台的一端穿过机构支撑座后固定刀具，所述滑台的另一端连接音圈电机组件。该大行程快刀伺服机构，结构简单，采用气体静压导轨、音圈电机和激光干涉仪的配合，满足自由曲面和微结构表面加工需要，提高对渐进多焦点镜片的加工精度。

Description

一种大行程快刀伺服机构

技术领域

本发明涉及的是快刀伺服机构的技术领域，尤其是一种大行程快刀伺服机构。

背景技术

车削加工过程中分为快刀伺服加工和慢刀伺服加工。快刀伺服车削与慢刀伺服的差别在于：将被加工的复杂形面分解为回转形面和形面上的微结构，然后将两者叠加。由X轴和Z轴进给实现回转形面的轨迹运动，对车床主轴只进行位置检测并不进行轨迹控制，借助安装在Z轴但独立于车床数控系统之外的冗余运动轴来驱动刀具，完成车削微结构形面所需的Z轴运动。这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度的特点。现有快刀伺服装置在结构上比较复杂，操作起来比较麻烦，也缺少对刀头运动轨迹的随时监测系统，导致整体上的加工精度不能很好的保证。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述技术问题提出的一种大行程快刀伺服机构，结构简单，采用气体静压导轨、音圈电机和激光干涉仪的配合，满足自由曲面和微结构表面加工需要，提高对渐进多焦点镜片的加工精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大行程快刀伺服机构，包括机构支撑座、音圈电机组件、气浮导轨组件、滑台和刀具，所述机构支撑座内底部端面上设置气浮导轨组件，所述气浮导轨组件的上端活动设置滑台，所述滑台的一端穿过机构支撑座后固定刀具，所述滑台的另一端连接音圈电机组件。

具体的，所述音圈电机组件包括电机定子、环状槽、电机动子、动子线圈和永磁体，所述电机定子一端设置环状槽，所述电机动子插设在电机定子上环状槽中，所述动子线圈包设在电机动子的外围，所述永磁体设置在动子线圈和电机定子之间。

进一步地限定，上述技术方案中，所述音圈电机组件的外部设置外壳。

具体的，所述气浮导轨组件包括滑动轴、轴承定子和通孔，所述滑动轴穿设在轴承定子上，所述轴承定子径向上设置多个通孔。

进一步地限定，上述技术方案中，所述滑台内水平设置多个圆槽，所述圆槽下端设置多个冷却水孔。

进一步地限定，上述技术方案中，所述机构支撑座的上端设置进水管。

进一步地限定，上述技术方案中，所述大行程快刀伺服机构还包括激光干涉仪，所述激光干涉仪包括接收端和发射端；所述接收端设置滑台内圆槽的端部，所述发射端设置在外壳的一侧，所述接收端和发射端之间通过导线连接。

采用上述结构后，结构简单，采用气体静压导轨、音圈电机和激光干涉仪的配合，满足自由曲面和微结构表面加工需要，对快刀伺服加工进行准确测量，提高对渐进多焦点镜片的加工精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明中音圈电机组件A的结构示意图；

图4是本发明中气浮导轨组件B的正面结构示意图；

图5是本发明中气浮导轨组件B的侧面结构示意图。

图中：1为机构支撑座，2为滑台，3为刀具，4为电机定子，5为环状槽，6为电机动子，7为动子线圈，8为永磁体，9为外壳，10为滑动轴，11为轴承定子，12为通孔，13为圆槽，14为冷却水孔，15为进水管，16为接收端，17为发射端,A为音圈电机组件，B为气浮导轨组件。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“底部”、“上端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～5所示的是一种大行程快刀伺服机构，包括机构支撑座1、音圈电机组件A、气浮导轨组件B、滑台2和刀具3，机构支撑座1内底部端面上设置气浮导轨组件B，气浮导轨组件B的上端活动设置滑台2，滑台2的一端穿过机构支撑座1后固定刀具3，滑台2的另一端连接音圈电机组件A。

其中，音圈电机组件A包括电机定子4、环状槽5、电机动子6、动子线圈7和永磁体8，电机定子4一端设置环状槽5，电机动子6插设在电机定子4上环状槽5中，动子线圈7包设在电机动子6的外围，永磁体8设置在动子线圈7和电机定子4之间。音圈电机组件A的外部设置外壳9。气浮导轨组件B包括滑动轴10、轴承定子11和通孔12，滑动轴10穿设在轴承定子11上，轴承定子11径向上设置多个通孔12。滑台2内水平设置多个圆槽13，圆槽13下端设置多个冷却水孔14。机构支撑座1的上端设置进水管15。大行程快刀伺服机构还包括激光干涉仪，激光干涉仪包括接收端16和发射端17；接收端16设置滑台2内圆槽13的端部，发射端17设置在外壳9的一侧，接收端16和发射端17之间通过导线连接。

该大行程快刀伺服机构的操作原理如下：

音圈电机组件A与滑台2的尾部连接，音圈电机组件A会驱动滑台2进行往复式的直线运动。滑台2由气浮导轨组件B支撑，气浮导轨组件B通常采用气浮导轨，滑台2的前部通过固定螺钉固定刀具3，这样滑台2会带动刀具3进行高频式往复直线运行，来实现对自由曲面的加工。在滑台2内圆槽13端部设置接收端16，在外壳9的一侧设置发射端16，采用发射端16和接收端17的配合使用，可以对其加工过程进行监测。

对于快刀伺服系统的气浮导轨组件，快刀伺服系统刀具要求有精密的直线运动，运动精度要求很高，因此快刀伺服系统选择气体静压导轨，气体静压导轨相对于滚珠丝杠导轨运动更平稳，而且对于这种加工行程特别小，精度要求特别高的场合，对滚珠丝杠的加工工艺要求很苛刻，采用气体静压导轨运动平稳，在加工过程中因机械摩擦产生的热量很少，能满足加工要求。

针对加工精度要求，快刀伺服机构的运动精度至少要达到0.1μm，且具有较高的工作频率，因此驱动电机的选择是快刀伺服机构设计的重要研究内容。对于常见的压电陶瓷驱动其运动精度可以达到纳米级，工作频率也能满足要求，但是压电陶瓷的工作行程只有几十微米，远小于镜片加工需要的行程。综合考虑加工要求，选择音圈电机组件A作为快刀伺服机构的驱动电机。音圈电机组件响应频率能达到数百赫兹，直线式音圈电机组件A运动行程从一毫米到几十毫米，定位精度能达到0.1μm以下，而且音圈电机组件要比压电陶瓷的推力大很多，在快刀伺服机构高速切削工件时，音圈电机组件A推动滑台2带动刀架作高速往复运动，对驱动电机的加速度有一定要求，音圈电机组件A加速度能达到20g，完全能满足渐进多焦点镜片的加工要求。

在本发明中，激光干涉仪可以采用单频激光干涉仪或者双频激光干涉仪。激光干涉仪的操作原理是利用光电转换原理，将物体的位移直接转化为电信号，灵敏度高，结构简单，线性分辨力可达到，完全可以达到快刀伺服机构的测量精度。单频激光干涉仪的操作原理：从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。双频激光干涉仪的操作原理：在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生f1和f2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算(乘1/2激光波长)后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：包括机构支撑座、音圈电机组件、气浮导轨组件、滑台和刀具，所述机构支撑座内底部端面上设置气浮导轨组件，所述气浮导轨组件的上端活动设置滑台，所述滑台的一端穿过机构支撑座后固定刀具，所述滑台的另一端连接音圈电机组件。

2.如权利要求1所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述音圈电机组件包括电机定子、环状槽、电机动子、动子线圈和永磁体，所述电机定子一端设置环状槽，所述电机动子插设在电机定子上环状槽中，所述动子线圈包设在电机动子的外围，所述永磁体设置在动子线圈和电机定子之间。

3.如权利要求2所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述音圈电机组件的外部设置外壳。

4.如权利要求1所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述气浮导轨组件包括滑动轴、轴承定子和通孔，所述滑动轴穿设在轴承定子上，所述轴承定子径向上设置多个通孔。

5.如权利要求1所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述滑台内水平设置多个圆槽，所述圆槽下端设置多个冷却水孔。

6.如权利要求5所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述机构支撑座的上端设置进水管。

7.如权利要求3所述的一种大行程快刀伺服机构，其特征在于：所述大行程快刀伺服机构还包括激光干涉仪，所述激光干涉仪包括接收端和发射端；所述接收端设置滑台内圆槽的端部，所述发射端设置在外壳的一侧，所述接收端和发射端之间通过导线连接。