CN107914188B - 一种精密平面加工机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精密平面加工机床。由床身，导轨、刀具、主轴、夹具、转台、底托、配重平衡结构和转台轴线倾角调整结构组成；主轴轴线，直线进给机构轴线、转台轴线相互平行；床身为五面闭合的方箱形结构，采用高稳定性材质如花岗岩等；滑台为多边形截面的箱形结构；直线进给机构由至少三条或更多直线导轨，丝杠以及伺服驱动系统组成，导轨轴线的几何中心与滑台的几何中心重合,构成了可以防止滑台受偏心力倾斜的稳定的超静定直线导向结构；三个调整元件每隔120°对称分布于转台周围；本发明可广泛应用于精密平面磨床或铣床上，轴数少，精度高，成本低，且倾角可调。

Description

一种精密平面加工机床
技术领域
本发明涉及一种精密平面加工机床。
背景技术
精密平面加工机床是精密超精密加工的核心装备，传统的平面磨床，分为卧轴矩台、卧轴圆台、立轴矩台、立轴圆台和各种专用平面磨床。常见的平面磨床多是立式或者卧式三轴结构，立式平面磨多为两个直线轴加一个转台，卧式平面磨多为三个直线轴。在三轴磨床的基础上，如再增加一个旋转轴，则可以磨轴对称曲面。在三轴磨床的基础上，如再增加一个旋转轴或者两个旋转轴，则可以磨自由曲面。然而，轴数的增加会大幅增加制造加工的成本。同时，传统磨床床身多采用铸铁结构，铸铁材质的热膨胀系数大，发热后会大幅影响加工精度。因此，如何简化平面磨床的结构，提高加工精度，减小设备生产成本，是实际需要解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种精密平面加工机床，其轴数少，精度高，成本低，且工件的平面度可调。
本发明提供的技术方案是：
一种精密平面加工机床，包括方箱形床身、直线进给机构、滑台、主轴、夹具、转台、底托、配重平衡结构、转台轴线倾角调整结构；其特征在于，主轴固定在滑台上，滑台通过导轨安装在方箱形床身内，转台通过转台轴线倾角调整结构固定于下盖板，直线进给机构用于驱动滑台做直线进给运动，配重平衡结构用于平衡滑台和主轴的重力；
进一步的，方箱形床身由上盖板，左盖板，右盖板，后盖板，和下盖板五块板组成，构成了一个热稳定的方形五面结构，敞开的一面作为滑动门安装空间。
进一步的，滑台由左侧板，右侧板，后侧板，下侧板，和左右倒角板组成，呈多边形的箱形结构，敞开的两面用于主轴安装与调整；
进一步的，直线进给机构包括丝杠副，左导轨，右导轨，和中间导轨，左导轨，右导轨，和中间导轨竖直设置，对称分布于方箱形床身内，每个导轨有两个滑块和滑台相连，丝杠副由丝杠固定轴承座，螺母座，联轴器和驱动电机组成；
进一步的，转台轴线倾角调整结构由后调整钉，左调整钉，右调整钉，和调整板组成，后调整钉，左调整钉，右调整钉间隔度，对称分布于转台周围，通过调整板与转台连接；
进一步的，所述的后调整钉由芯轴，套筒，碟簧，锁紧母，上隔套和下隔套组成，两组碟簧，上隔套，下隔套分别位于套筒隔板的两侧，锁紧母位于芯轴下侧，芯轴和套筒与隔板内孔为微小间隙配合；进一步的，所述的后调整钉、左调整钉、右调整钉机构相同；
进一步的，夹具固定于转台上，夹具为机械夹持结构或真空吸附结构，或磁力吸附结构；
进一步的，主轴支撑件内部设有位移传感器；
进一步的，主轴和转台均设有旋转接头。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
1.本发明采用两轴设计，相比传统的平面磨床三轴设计，节省了一个轴，简化了结构，节省了成本。
2.本发明采用花岗岩五面方箱形结构作为床身，相比传统的平面磨床铸铁床身，热稳定性好，刚性高，精度高。
3.本发明采用了三条导轨六个滑块(或多于三条导轨)的设计，直线进给轴滑块的受力在其几何中心，没有倾覆力矩，相比传统的平面磨，导轨超静定直线导向，刚性好，切削力传递合理，精度高。
4.本发明采用三个调整钉进行倾角调整，相比传统的平面磨床，主轴轴线和转台轴线的平行可以通过转台轴线倾角调整结构实现，方便灵，可是项很高的工件平面度的。
5.本发明由于主轴头部集成了位移传感器，可以在线测量工件的实际厚度，通过丝杠系统的自适应控制软件实现直线进给智能控制，相比传统的平面磨床，简化了控制系统的组成，节省了成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明一种精密平面加工机床的主视图。
其中，1、上盖板，2、后盖板，3、右盖板，4、左盖板，5、滑台，6、主轴，7、中间导轨，8、右导轨，9、左导轨，10、夹具，11、转台，12、下盖板，13、底托。
图2为本发明一种精密平面加工机床的A-A剖视图。
14、丝杠副，14-1、驱动电机，14-2、联轴器，14-3、丝杠固定轴承座，14-4、螺母座，15、配重平衡结构，16、后调整钉。
图3是本发明一种精密平面加工机床的B-B剖视图。
5-1、左侧板，5-2、右侧板，5-3、下侧板，5-4、后侧板，5-5、左右倒角板，17、左调整钉，18、右调整钉，19、调整板。
图4是本发明一种精密平面加工机床调整结构的三维视图。
图5是本发明一种精密平面加工机床后调整钉的内部结构。
16-1、芯轴，16-2、套筒，16-3、碟簧，16-4、锁紧母，16-5、上隔套，16-6、下隔套。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施案例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施案例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例
本实施例描述了一种精密平面加工机床，包括上盖板1，后盖板2，右盖板3，左盖板4，滑台5，主轴6，中间导轨7，右导轨8，左导轨9，夹具10，转台11，下盖板12，底托13，丝杠结构14，配重平衡结构15，后调整钉16，左调整钉17，右调整钉18，和调整板19。
上盖板1，左盖板4，右盖板3，后盖板2和下盖板12，可采用热稳定性好的材质如花岗岩，构成了一个方形五面结构，敞开的一面作为滑动门安装空间。五面床身方箱为整机提供了热稳定性好的基体。左盖板4固定左导轨9，右盖板3固定右导轨8，后盖板2固定中间导轨7。滑台5由左侧板5-1，右侧板5-2，下侧板5-3，后侧板5-4和左右倒角板5-5组成，构成了一个带倒角的方形四面结构，敞开的两面作为主轴安装调整的空间。
三条导轨(也可多条)对称分布于床身方箱内，每个导轨的两个滑块和滑台5相连，构成了超静定的直线导向约束。滑台5上开有固定主轴6的安装孔，主轴6固定在滑台安装孔中。下盖板12上开有固定转台11和三个调整钉的安装孔，转台11固定于调整板19上，调整板19和左调整钉17，右调整钉18，后调整钉16相连，三个调整钉呈120°分布在转台11周围，三个调整钉套筒通过法兰连接在下盖板12上。丝杠副14由丝杠固定轴承座14-3，螺母座14-4，联轴器14-2和驱动电机14-1组成。丝杠副14，丝杠固定在轴承座14-3，穿过上盖板1内孔，固定在上盖板1上，丝杠副14的螺母座14-4固定在滑台5后侧板5-4上。
整机立式设计时，配重平衡结构15可以选择为机械配重平衡结构，气缸平衡结构，或液压缸平衡结构。图示配重平衡结构15为机械配重，配重块设置在整机背后，配重力通过从上盖板1穿过的两根钢丝作用在滑台5的下侧板5-3上。上盖板1上留有主轴孔，避免主轴上行过程中撞到上盖板，以增加直线进给机构行程。底托13为方管型钢焊接件，底托下侧前端设置两个调整垫铁，后端设置三个调整垫铁。
后调整钉16，左调整钉17，右调整钉18具有相同的结构。后调整钉16由芯轴16-1，套筒16-2，碟簧16-3，锁紧母16-4，上隔套16-5和下隔套16-6组成。芯轴16-1通过法兰和调整板19相连。两组碟簧16-3分布在套筒16-2隔板的两侧，起对置预紧作用。通过上紧锁紧母16-4，实现整个轴向的预紧力加载。三个调整钉呈现120°分布于转台11周围，三个点确定一个平面，可以调整转台轴线在X-和Y-方向的角度。调整钉16径向方向的自由度通过芯轴16-1和套筒16-2隔板内孔之间的微小间隙配合限制。
夹具10固定于转台11上，夹具10可以选择为机械夹持结构，真空吸附结构，或磁力吸附结构。主轴6和转台11的尾部可以选配旋转接头。主轴6尾部旋转接头，用于工具中心出水，起冷却作用。转台11尾部旋转接头用于真空吸盘。
主轴6和转台11可以采用滚动轴承、高精度气浮轴承或液体静压轴承。主轴6支撑件内部集成了位移传感器，当主轴6向转台11移动时，可以测出工具与工件之间的距离，实现在线测量工件的实际厚度。直线进给机构的丝杠副14的控制系统集成了自适应控制软件，根据位移传感器适时采集的信号，实现在工具与工件接触时从快速进给切换为切削进给，当工件厚度达到尺寸要求时结束加工循环。
该发明，一种精密平面加工机床，其轴数少，平面度可调，精度高，成本低。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种精密平面加工机床，包括方箱形床身、直线进给机构、滑台（5）、主轴（6）、夹具（10）、转台（11）、底托（13）、配重平衡结构（15）、转台轴线倾角调整结构；其特征在于，主轴（6）固定在滑台（5）上，滑台（5）通过导轨安装在方箱形床身内，转台（11）通过转台轴线倾角调整结构固定于下盖板（12），直线进给机构用于驱动滑台（5）做直线进给运动，配重平衡结构（15）用于平衡滑台（5）和主轴（6）的重力；
方箱形床身由上盖板（1），左盖板（4），右盖板（3），后盖板（2），和下盖板（12）五块板组成，所述方箱形床身采用花岗岩制成，构成了一个热稳定的方形五面结构，敞开的一面作为滑动门安装空间；
所述转台轴线倾角调整结构由后调整钉（16），左调整钉（17），右调整钉（18），和调整板（19）组成；下盖板（12）上开有固定转台（11）和三个调整钉的安装孔，转台（11）固定于调整板（19）上，调整板（19）和左调整钉（17），右调整钉（18），后调整钉（16）相连，三个调整钉间隔120度，对称分布于转台（11）周围；
所述的后调整钉（16）由芯轴（16-1），套筒（16-2），碟簧（16-3），锁紧母（16-4），上隔套（16-5）和下隔套（16-6）组成，两组碟簧（16-3），上隔套（16-5），下隔套（16-6）分别位于套筒（16-2）隔板的两侧，锁紧母（16-4）位于芯轴（16-1）下侧，芯轴（16-1）和套筒（16-2）与隔板内孔为微小间隙配合；
所述的后调整钉（16）、左调整钉（17）、右调整钉（18）结构相同。
2.根据权利要求1所述的一种精密平面加工机床，其特征在于，滑台（5）由左侧板（5-1），右侧板（5-2），后侧板（5-4），下侧板（5-3），和左右倒角板（5-5）组成，呈多边形的箱形结构，敞开的两面用于主轴安装与调整。
3.根据权利要求1所述的一种精密平面加工机床，其特征在于，直线进给机构包括丝杠副（14），左导轨（9），右导轨（8），和中间导轨（7），左导轨（9），右导轨（8），和中间导轨（7）竖直设置，对称分布于方箱形床身内，每个导轨有两个滑块和滑台（5）相连，丝杠副（14）由丝杠固定轴承座（14-3），螺母座（14-4），联轴器（14-2）和驱动电机（14-1）组成。
4.根据权利要求1所述的一种精密平面加工机床，其特征在于，夹具（10）固定于转台（11）上，夹具（10）为机械夹持结构或真空吸附结构，或磁力吸附结构。
5.根据权利要求1所述的一种精密平面加工机床，其特征在于，主轴（6）支撑件内部设有位移传感器。
6.根据权利要求1所述的一种精密平面加工机床，其特征在于，主轴(6)和转台(11)均设有旋转接头。
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