CN106807975B - 一种微纳观尺度微小孔加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳观尺度微小孔加工机床，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统及控制系统，多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括工作台及工作台驱动装置；钻削装置设置在工作台的上方；微纳观显微视频系统设置在机床底座上且位于多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并将采集分析数据传输至控制系统。本发明采用微纳观显微视频系统对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统，控制系统根据所采集的工件加工信息对钻削装置和多自由度工作台系统作出操控指令，提高了加工精度和成品质量。

Description

一种微纳观尺度微小孔加工机床

技术领域

本发明属于孔加工机械设备技术领域，尤其涉及一种微纳观尺度微小孔加工机床。

背景技术

孔加工在机械加工中占有很大的比重，据统计孔加工约占机械加工的30％，占总加工时间的20％。随着航空、电子、仪器仪表、精密机械和自动控制等科学技术和工业生产的高速发展，微小孔的应用范围越来越广，其加工要求也逐渐严格。

在孔加工中，微小孔加工最为困难，而微小孔的深孔加工更是难上加难，一般工程上把径在3mm以下的孔称为微小孔，孔深与孔径之比在5以上的孔称为深孔。目前国内外可用于微孔加工的方法有很多，如激光束、电子束、离子束和电火花，但由于加工成本和加工质量等原因，应用最广泛、实用性最强的仍是钻削加工，特别在电子、精密机械、仪器仪表等行业，更是备受关注。现有的微小孔钻削加工存在以下问题：微小钻头刚度低，入钻位置易偏移，严重影响入钻位置精度进而影响尺寸和形状精度；因孔径很小，故排屑困难，易造成切屑堵塞，增加刀具的发热和磨损；普通钻床的轴向钻削力相对较大，出口处毛刺相对较高，而且其转速也不适应微小孔径的加工，要获得一定的切削速度，必须配以相应的高速主轴，制作成本大大提高。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种加工尺寸精度高、表面质量好的微纳观尺度微小孔加工机床。

本发明所采用的技术方案为：

一种微纳观尺度微小孔加工机床，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统以及控制系统，所述多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括用于放置工件的工作台以及带动工作台运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构；钻削装置设置在工作台的上方，所述钻削装置包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构；微纳观显微视频系统设置在机床底座上，且微纳观显微视频系统设置在多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统；控制系统用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作。

所述钻头摆动驱动机构包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第一转轴、第二转轴及第三转轴，第一机械臂的顶端与钻头X向驱动机构相连，第一机械臂的底端通过第一转轴与第二机械臂的一端转动连接，第二机械臂的另一端通过第二转轴与第三机械臂的一端转动连接，第三机械臂的另一端通过第三转轴与钻头部转动连接；所述钻头摆动驱动机构还包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第一谐波减速器和第二谐波减速器，第一伺服电机的输出轴通过第一谐波减速器与第一转轴相连，第二伺服电机的输出轴通过第二谐波减速器与第二转轴相连，第三伺服电机的输出轴通过第三谐波减速器与第三转轴相连；所述第一、第二、第三转轴上均设置有角度传感器。

所述钻头部包括机械手腕、设置在机械手腕底部的多个气动主轴以及设置在气动主轴上的麻花钻，一根气动主轴上对应设置一个麻花钻，机械手腕的内部设置有带动气动主轴旋转的气动主轴旋转驱动机构，气动主轴旋转驱动机构包括第四伺服电机、阶梯轴及用于固定气动主轴的固定卡套，第四伺服电机设置在机械手腕的腕部，阶梯轴与第四伺服电机的输出轴相连，固定卡套的数量与气动主轴的数量相等，一个固定卡套对应安装一根气动主轴，固定卡套围绕在阶梯轴周边，且各固定卡套均与阶梯轴相连并由阶梯轴带动旋转。

所述钻头X向驱动机构包括机械臂顶座和钻头X向直线电机，机械臂顶座的底部与第一机械臂的顶端相连，机械臂顶座与钻头X向直线电机相连，机械臂顶座在钻头X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。

所述工作台摆动驱动机构包括联动台、摆动轴、电动机及变速箱，工作台设置在联动台的上方并随联动台同步运动，摆动轴的轴向与Y轴方向平行，摆动轴横穿所述联动台，电动机的输出轴通过变速箱与摆动轴相连，摆动轴旋转带动联动台摆动；所述工作台上设置有直线光栅尺，摆动轴上设置有旋转光电编码器。

所述加工机床还包括摩擦锁紧装置，摩擦锁紧装置有一套或两套，摩擦锁紧装置位于摆动轴轴端一侧，各摩擦紧缩装置包括支撑块、T型滑块及微型直线电机，支撑块的顶端开设有与T型滑块相适配的T型滑槽，微型直线电机设置在T型滑槽内，T型滑块安装在微型直线电机上，T型滑块在微型直线电机的带动下沿T型滑槽来回移动；T型滑块的上部开设有与摆动轴的轴径相适配的摩擦锁紧槽，摆动轴的端部设置有摩擦纹路。

所述工作台Y向驱动机构包括工作台Y向直线电机，工作台安装在工作台Y向直线电机的顶部并在工作台Y向直线电机的带动下沿Y轴做直线运动；所述工作台X向驱动机构包括工作台X向直线电机，所述工作台Y向直线电机安装在工作台X向直线电机上并在工作台X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。

所述微纳观显微视频系统包括CCD摄像机、图像采集卡、适配器、步进马达调焦台、运动控制卡、光学显微镜以及LED环型照明光源，所述CCD摄像机正对工作台，微纳观显微视频系统经CCD摄像机采集图像，输入控制系统中，控制系统根据此图像计算自动聚焦评价函数值，并得出步进马达调焦台驱动量，从而控制调焦台运动量，采集到最清晰的图像；所述工作台上设置有压电力觉传感器。

所述加工机床还包括工件自动装卸装置，工件自动装卸装置设置在多自由度工作台系统的一侧，用于进行工件加工前的自动装夹以及加工完成后的松卸。

所述加工机床还包括减振与隔振系统，减振与隔振系统包括设置在机床底座周边的多个第一超磁致伸缩棒、设置在机床底座底部中央处的空气弹簧以及设置在机床底座底部且围绕空气弹簧设置的多个第二超磁致伸缩棒；所述减振与隔振系统还包括隔振槽，所述机床底座放置在隔振槽内，隔振槽的周边侧壁开设有多个与第一超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第一超磁致伸缩棒的第一安置孔，隔振槽的底部开设有与空气弹簧位置相对且用于放置空气弹簧的第二安置孔，隔振槽的底部围绕所述第二安置孔开设有多个与第二超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第二超磁致伸缩棒的第三安置孔。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明采用微纳观显微视频系统对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统，控制系统根据微纳观显微视频系统采集的工件加工信息及时对工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构作出操控指令，实现了对工件的精确加工，提高了成品质量，同时也提高了加工效率。

2、本发明在工作台上设置压电力觉传感器，在微纳显微视频出现遮挡或失效等情况，无法对工件加工和麻花钻的位置进行精确采集而使整个加工系统丧失伺服控制能力的时候，可以借助该压电力觉传感器来判断麻花钻和工件间的接触情况，进而实现精确定位，为工件的精确加工提供了有力的保障。

3、本发明通过角度传感器进行相邻两机械臂的弯曲度检测，通过直线光栅尺对工作台X向的直线运动、工作台Y向的直线运动以及麻花钻X向的直线运动进行检测，通过旋转光电编码器对工作台沿Y轴的摆动幅度进行检测，控制系统根据检测结果实时调整对工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的控制，保证了工件表面入钻位置的精确性，提高了工件的加工精度和成品质量。

4、本发明中摩擦锁紧装置的设置，能够顺利实现摆动轴的自锁，实现了工作台摆动的精准控制，为工件加工精度提供了有力的保证。

5、本发明中减振与隔振系统的设计，大大降低了工件加工过程中机床底座上各器件的振动，使振动的传递和周期性的冲击力大大减小，保证了机床的加工性能和加工工件质量，保证了加工获得光滑的表面质量，同时还降低了噪音，保证了加工机床的精度。

6、本发明结构简单紧凑，便于安装维修，制作成本较低且自动化程度高。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明去除外壳和自动门后的轴测图。

图4为本发明中外壳的结构示意图。

图5为本发明中隔振槽的结构示意图。

图6为本发明中机床底座的仰视图。

图7为本发明中机床底座、A型支撑架、轴支撑的相对位置关系示意图。

图8为本发明中钻削装置的轴测图。

图9为本发明中机械臂底座的结构示意图。

图10为本发明中第一机械臂一种实施方式的结构示意图。

图11为本发明中第二机械臂的一种实施方式的结构示意图。

图12为本发明中固定卡套的一种实施方式的结构示意图。

图13为本发明中阶梯轴的结构示意图。

图14为本发明中固定卡套与阶梯轴的一种实施方式的装配图。

图15为本发明中多自由度工作台系统的结构示意图。

图16为本发明中联动台的一种实施方式的结构示意图。

图17为本发明中摆动轴的一种实施方式的结构示意图。

图18为本发明中摆动轴与主、从动齿轮的相对位置关系示意图。

图19为本发明中T型滑块一种实施方式的结构示意图。

图20为本发明中支撑块一种实施方式的结构示意图。

图21为本发明中T型滑块与支撑块的装配示意图。

其中，

1、电动门

2、微纳观显微视频系统

3、外壳

4、钻削装置 41、机械臂底座 42、钻头X向直线电机 43、第一机械臂 44、第一伺服电机 45、第二机械臂 46、第二伺服电机 47、第二转轴 48、第三机械臂 49、第三伺服电机410、机械手腕 411、气动主轴 412、麻花钻 413、横向顶板 414、固定卡套 414.1、第一连接板 414.2、第二连接板 414.3、半圆弧结构 414.4、四分之一圆弧结构 415、阶梯轴

5、多自由度工作台系统 51、工作台 52、工作台Y向直线电机 53、工作台X向直线电机 54、联动台 54.1、顶板 54.2、定位耳板 55、变速箱 56、电动机 57、摆动轴 57.1、摩擦纹路 58、轴承 59、轴支撑 510、从动齿轮 511、主动齿轮

6、控制系统

7、工件自动装卸装置

8、摩擦锁紧装置 81、支撑块 82、T型滑槽 83、T型滑块 84、摩擦锁紧槽

9、机床底座

10、隔振槽 101、第一安置孔 102、第二安置孔 103、第三安置孔

111、第一超磁致伸缩棒 112、第二超磁致伸缩棒

12、空气弹簧

13、A型支撑架

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图21所示，一种微纳观尺度微小孔加工机床，包括机床底座9、钻削装置4、多自由度工作台系统5、微纳观显微视频系统2以及控制系统6。为方便描述，将机床底座9的长度方向定义为X轴方向，将机床底座9的宽度方向定义为Y轴方向。

如图3、图6所示，为减轻加工工件过程中的振动，所述加工机床还包括减振与隔振系统。减振与隔振系统包括设置在机床底座周边的四个第一超磁致伸缩棒111、设置在机床底座9底部中央处的空气弹簧12以及设置在机床底座9底部且围绕空气弹簧12设置的四个第二超磁致伸缩棒112。

如图10所示，所述减振与隔振系统还包括隔振槽10，所述机床底座9放置在隔振槽10内，隔振槽10的周边侧壁开设有四个与第一超磁致伸缩棒111位置相对且用于放置第一超磁致伸缩棒111的第一安置孔101，隔振槽10的底部开设有与空气弹簧12位置相对且用于放置空气弹簧10的第二安置孔102，隔振槽10的底部围绕所述第二安置孔102开设有多个与第二超磁致伸缩棒112位置相对且用于放置第二超磁致伸缩棒112的第三安置孔103。

优选的，所述隔振槽10由大理石或花岗石制成。

如图1、图2及图4所示，所述机床底座9、钻削装置4、多自由度工作台系统5、微纳观显微视频系统2以及下述工件自动装卸装置7包裹在外壳3内，所述外壳3包括框架、设置在框架一侧的电动门1及设置在框架左侧面、右侧面、顶面及底面的防尘板。所述控制系统6包括显示屏和控制面板，显示屏和控制面板均安装在外壳3的外侧。

如图7所示，所述加工机床还包括支撑机构，所述支撑机构包括两个设置在机床底座9左、右两边的A型支撑架13，各A型支撑架13均由两长一短三根空心长方形铁柱和一块长方形铁板焊接而成，所述长方形铁板用于安装下述横向顶板413。A型支撑架的13的结构设计不仅满足了减轻整个加工机床重量的目的，而且其镂空部分不会遮光，便于所述微纳观显微视频系统2在光线充足的条件下及时采集工作台51上工件加工过程的信息。

如图3、图15、图16、图17及图18所示，所述多自由度工作台系统5设置在机床底座9上，多自由度工作台系统5包括用于放置工件的工作台51以及带动工作台51运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台51沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台51沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台51绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构。

所述工作台摆动驱动机构包括联动台54、摆动轴57、电动机56及变速箱55，工作台51设置在联动台54的上方并随联动54台同步运动，摆动轴57的轴向与Y轴方向平行，摆动轴57横穿所述联动台54。具体的说，所述联动轴57上还套置有两个轴承58，下述顶板54.1的下方设置有两块轴支撑59，两块轴支撑59上分别开设有用于安装轴承58的轴承孔，两块轴支撑59位于两块定位耳板54.2之间。所述轴支撑59由铸铁制成，轴支撑59直接焊接在机床底座9上。所述联动台54包括顶板54.1及设置在顶板54.1下端两侧且分别与顶板54.1固连的两块定位耳板54.2，两块定位耳板54.2的相对位置处分别开设有供摆动轴57穿过的花键孔，两块定位耳板54.2与摆动轴57之间通过花键连接，摆动轴57旋转带动定位耳板54.2摆动，进而带动顶板54.1及设置在顶板54.1上方的工作台51摆动。

所述电动机56的输出轴通过变速箱55与摆动轴57相连，摆动轴57旋转带动联动台54摆动，进而带动工作台51沿Y轴摆动。具体的说，电动机56的输出轴与变速箱55相连，变速箱55的输出轴上套置有主动齿轮511，摆动轴57上套置有与主动齿轮511相适配的从动齿轮510，电动机56工作，通过变速箱55及主动齿轮511和从动齿轮510的传动带动摆动轴57旋转。

所述工作台51上设置有直线光栅尺，所述直线光栅尺对工作台51X向的直线运动、工作台51Y向的直线运动以及下述麻花钻412X向的直线运动进行检测。摆动轴57上设置有旋转光电编码器。摆动轴57的各项精度对机床加工精度的影响远远大于三个直线运动精度的影响，因此对该加工机床的检测重点是摆动轴57的旋转精度，因此旋转光电编码器的需采用高精度光电编码器。

图图3、图19、图20及图21所示，所述加工机床还包括摩擦锁紧装置8，摩擦锁紧装置8有一套或两套，摩擦锁紧装置8位于摆动轴57的轴端一侧，当摩擦锁紧装置8有两套时，两套摩擦锁紧装置8分别设置在摆动轴57的两端一侧。

各摩擦紧缩装置8均包括支撑块81、T型滑块83及微型直线电机，支撑块81的顶端开设有与T型滑块83相适配的T型滑槽82，微型直线电机设置在T型滑槽82内，T型滑块83安装在微型直线电机上，T型滑块83在微型直线电机的带动下沿T型滑槽82来回移动。T型滑块83的上部开设有与摆动轴57的轴径相适配的摩擦锁紧槽84，摆动轴57的轴端设置有摩擦纹路57.1。

需要说明的是，T型滑块83的来回滑移并不仅仅局限于上述的通过微型直线电机带动的方式来实现，还可以通过液压缸活塞杆带动的方式来实现。

所述工作台Y向驱动机构包括工作台Y向直线电机52，工作台51安装在工作台Y向直线电机52的顶部并在工作台Y向直线电机52的带动下沿Y轴做直线运动。所述工作台X向驱动机构包括工作台X向直线电机53，所述工作台Y向直线电机52安装在工作台X向直线电机53上并在工作台X向直线电机53的带动下沿X轴做直线运动。

需要说明的是，工作台51沿X向、Y向分别做直线运动的驱动方式并不仅仅局限于上述的通过工作台X向直线电机53、工作台Y向直线电机52的方式来实现，还可以通过其他直线驱动方式来实现，例如电机+滚珠丝杠副的结构形式，具体地说，可以采用Y向导轨、Y向滚珠丝杠副、Y向电机、Y向隔板、X向导轨、X向滚珠丝杠副、X向电机的组合结构形式，工作台51设置在Y向滚珠丝杠副上，并在Y向电机的带动下沿Y向导轨做直线运动，Y向导轨与X向滚珠丝杠副相连，X向电机带动X向滚珠丝杠副沿X向导轨做直线运动，从而带动Y向导轨连同Y向滚珠丝杠副整体沿X轴做直线运动，进而带动工作台51做直线运动。

当然，工作台51沿X向、Y向分别做直线运动的驱动方式还可以通过其他直线驱动方式来实现，例如液压缸+运动平台的结构形式，具体地说，可以采用Y向运动平台、Y向液压缸、X向运动平台、X向液压缸的组合结构形式，工作台51设置在Y向运动平台上，Y向运动平台由Y向液压缸带动沿Y轴做直线运动，Y向液压缸设置在X向运动平台上，X向液压缸带动X向运动平台沿X轴做直线运动，从而带动Y向液压缸连同Y向运动平台整体沿X轴做直线运动，进而带动工作台51做直线运动。

此外，工作台51沿X向、Y向分别做直线运动的驱动方式还可以采用多种直线驱动方式来实现，例如工作台沿X轴做直线运动采用工作台X向直线电机53驱动，同时其Y向运动采用电机+滚珠丝杠副的结构形式；又例如工作台沿X轴做直线运动采用电机+滚珠丝杠副驱动，同时其Y向运动采用液压缸+运动平台的结构形式的结构形式。

因此，工作台51沿X向、Y向分别做直线运动的驱动方式并不局限于上述的例举形式，只要能够实现带动工作台51的X向直线运动和Y向直线运动即可。

如图3、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14所示，钻削装置4设置在工作台51的上方，所述钻削装置4包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构。

所述钻头部包括机械手腕410、设置在机械手腕410底部的四个气动主轴411以及设置在气动主轴411上的麻花钻412，一根气动主轴411上对应设置一个麻花钻412，机械手腕410的内部设置有带动气动主轴411旋转的气动主轴旋转驱动机构。

所述气动主轴旋转驱动机构包括第四伺服电机、阶梯轴415及用于固定气动主轴411的固定卡套，第四伺服电机设置在机械手腕410的腕部，阶梯轴415与第四伺服电机的输出轴相连，固定卡套有四个，一个固定卡套对应安装一根气动主轴411，固定卡套围绕在阶梯轴415周边，且各固定卡套均与阶梯轴415相连并由阶梯轴415带动旋转。

具体地说，如图12所示，各所述固定卡套均包括两个半圆弧结构414.3，各半圆弧结构414.3的两边分别固连有第一连接板414.1和第二连接板414.2，属于同一套固定卡套的两个第二连接板通过一个四分之一圆弧结构414.4相连。如图13和图14所示，四个固定卡套两两配对，相邻两个固定卡套的半圆弧结构414.3配合形成一个用于固定气动主轴的套状结构，四个固定卡套的四个四分之一圆弧结构414.4共同配合形成一个用于固定阶梯轴415的轴孔。

所述钻头摆动驱动机构包括第一机械臂43、第二机械臂45、第三机械臂48、第一转轴、第二转轴47及第三转轴，第一机械臂43的顶端与钻头X向驱动机构相连，第一机械臂43的底端通过第一转轴与第二机械臂45的一端转动连接，第二机械臂45的另一端通过第二转轴47与第三机械臂48的一端转动连接，第三机械臂48的另一端通过第三转轴与钻头部转动连接。

所述钻头摆动驱动机构还包括第一伺服电机44、第二伺服电机46、第三伺服电机49、第一谐波减速器和第二谐波减速器，第一伺服电机44的输出轴通过第一谐波减速器与第一转轴相连，第二伺服电机46的输出轴通过第二谐波减速器与第二转轴47相连，第三伺服电机的输出轴通过第三谐波减速器与第三转轴相连。

为方便控制，在所述第一、第二、第三转轴上均设置有角度传感器，角度传感器用于实时检测第一机械臂43和第二机械臂45之间的弯曲角度以及第二机械臂45和第三机械臂48之间的弯曲角度，并将检测到的弯曲角度信息及时传输至控制系统，用于控制系统及时对各伺服电机做出控制指令。

所述钻头X向驱动机构包括机械臂顶座41和钻头X向直线电机42，机械臂顶座41的底部与第一机械臂43的顶端相连，机械臂顶座41与钻头X向直线电机42相连，钻头X向直线电机42设置在横向顶板413上。机械臂顶座41在钻头X向直线电机42的带动下沿X轴做直线运动。

需要说明的是，钻头X向驱动机构并不仅仅局限于使用钻头X向直线电机42驱动的方式，还可以采用其它直线驱动结构形式，例如电机+滚珠丝杠副的结构形式，将机械臂顶座41安装在滚珠丝杠副上，由电机带动滚珠丝杠副动作进而带动机械臂顶座41沿X轴方向做直线运动，还可以采用液压缸驱动的方式，带动机械臂顶座41做直线运动。

如图3所示，微纳观显微视频系统2设置在机床底座9上，且微纳观显微视频系统2设置在多自由度工作台系统5一侧，微纳观显微视频系统2用于对工作台51上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统。控制系统通过分析、处理由微纳观显微视频系统2传输来的数据，用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作。

具体地说，所述微纳观显微视频系统包括CCD摄像机、图像采集卡、适配器、步进马达调焦台、运动控制卡、光学显微镜以及LED环型照明光源，所述CCD摄像机正对工作台，微纳观显微视频系统经CCD摄像机采集图像，输入控制系统中，控制系统根据此图像计算自动聚焦评价函数值，并得出步进马达调焦台驱动量，从而控制调焦台运动量，采集到最清晰的图像。

具体地说，通过调整一对放置在望远镜光路中的准直镜，移动其中一块来改变空间光程，达到调整目标像点使其与主焦面重合的目的。控制系统内的计算机通过串口把距离信息发送给控制系统的单片机，单片机读取电位器的值来确定准直镜的当前位置。根据光学设计和实验数据。采用数据拟合的方法，得出离焦量计算公式，进而设计自动调焦程序，获得较为清晰的图像。通过调节步进马达调焦台的运动量以获得清晰的图像是已有的公知技术，因此其具体过程只做上述简单介绍，不作具体阐述。

所述工作台上设置有压电力觉传感器，设置压电力觉传感器的目的在于：在微纳显微视频出现遮挡或失效等情况，无法对工件加工和麻花钻的位置进行精确采集而使整个加工系统丧失伺服控制能力的时候，可以借助该压电力觉传感器来判断麻花钻和工件间的接触情况，进而实现精确定位，为工件的精确加工提供了有力的保障。

所述加工机床还包括工件自动装卸装置，工件自动装卸装置设置在多自由度工作台系统的一侧，用于进行工件加工前的自动装夹以及加工完成后的松卸。因工件自动装卸装置在现有技术中存在多种成熟的结构设计，例如机械手的结构形式，因此再次不再赘述其具体结构形式。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统以及控制系统；

所述多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括用于放置工件的工作台以及带动工作台运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构；

钻削装置设置在工作台的上方，所述钻削装置包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构；

微纳观显微视频系统设置在机床底座上，且微纳观显微视频系统设置在多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统；

控制系统用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作；

所述工作台摆动驱动机构包括联动台、摆动轴、电动机及变速箱，工作台设置在联动台的上方并随联动台同步运动，摆动轴的轴向与Y轴方向平行，摆动轴横穿所述联动台，电动机的输出轴通过变速箱与摆动轴相连，摆动轴旋转带动联动台摆动；

所述工作台上设置有直线光栅尺，摆动轴上设置有旋转光电编码器；

所述加工机床还包括摩擦锁紧装置，摩擦锁紧装置有一套或两套，摩擦锁紧装置位于摆动轴轴端一侧；

摩擦紧缩装置包括支撑块、T型滑块及微型直线电机，支撑块的顶端开设有与T型滑块相适配的T型滑槽，微型直线电机设置在T型滑槽内，T型滑块安装在微型直线电机上，T型滑块在微型直线电机的带动下沿T型滑槽来回移动；

T型滑块的上部开设有与摆动轴的轴径相适配的摩擦锁紧槽，摆动轴的端部设置有摩擦纹路。

2.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述钻头摆动驱动机构包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第一转轴、第二转轴及第三转轴，第一机械臂的顶端与钻头X向驱动机构相连，第一机械臂的底端通过第一转轴与第二机械臂的一端转动连接，第二机械臂的另一端通过第二转轴与第三机械臂的一端转动连接，第三机械臂的另一端通过第三转轴与钻头部转动连接；

所述钻头摆动驱动机构还包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第一谐波减速器和第二谐波减速器，第一伺服电机的输出轴通过第一谐波减速器与第一转轴相连，第二伺服电机的输出轴通过第二谐波减速器与第二转轴相连，第三伺服电机的输出轴通过第三谐波减速器与第三转轴相连；

所述第一、第二、第三转轴上均设置有角度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述钻头部包括机械手腕、设置在机械手腕底部的多个气动主轴以及设置在气动主轴上的麻花钻，一根气动主轴上对应设置一个麻花钻；

机械手腕的内部设置有带动气动主轴旋转的气动主轴旋转驱动机构，气动主轴旋转驱动机构包括第四伺服电机、阶梯轴及用于固定气动主轴的固定卡套，第四伺服电机设置在机械手腕的腕部，阶梯轴与第四伺服电机的输出轴相连，固定卡套的数量与气动主轴的数量相等，一个固定卡套对应安装一根气动主轴，固定卡套围绕在阶梯轴周边，且各固定卡套均与阶梯轴相连并由阶梯轴带动旋转。

4.根据权利要求2所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述钻头X向驱动机构包括机械臂顶座和钻头X向直线电机，机械臂顶座的底部与第一机械臂的顶端相连，机械臂顶座与钻头X向直线电机相连，机械臂顶座在钻头X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。

5.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述工作台Y向驱动机构包括工作台Y向直线电机，工作台安装在工作台Y向直线电机的顶部并在工作台Y向直线电机的带动下沿Y轴做直线运动；所述工作台X向驱动机构包括工作台X向直线电机，所述工作台Y向直线电机安装在工作台X向直线电机上并在工作台X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。

6.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述微纳观显微视频系统包括CCD摄像机、图像采集卡、适配器、步进马达调焦台、运动控制卡、光学显微镜以及LED环型照明光源，所述CCD摄像机正对工作台，微纳观显微视频系统经CCD摄像机采集图像，输入控制系统中，控制系统根据此图像计算自动聚焦评价函数值，并得出步进马达调焦台驱动量，从而控制调焦台运动量，采集到最清晰的图像；所述工作台上设置有压电力觉传感器。

7.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述加工机床还包括工件自动装卸装置，工件自动装卸装置设置在多自由度工作台系统的一侧，用于进行工件加工前的自动装夹以及加工完成后的松卸。

8.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，

所述加工机床还包括减振与隔振系统，减振与隔振系统包括设置在机床底座周边的多个第一超磁致伸缩棒、设置在机床底座底部中央处的空气弹簧以及设置在机床底座底部且围绕空气弹簧设置的多个第二超磁致伸缩棒；

所述减振与隔振系统还包括隔振槽，所述机床底座放置在隔振槽内，隔振槽的周边侧壁开设有多个与第一超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第一超磁致伸缩棒的第一安置孔，隔振槽的底部开设有与空气弹簧位置相对且用于放置空气弹簧的第二安置孔，隔振槽的底部围绕所述第二安置孔开设有多个与第二超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第二超磁致伸缩棒的第三安置孔。