CN109500719B - 超精密小磨头抛光机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了超精密小磨头抛光机床，解决了现有抛光机形位误差大、定位精确度低、进给量运行不平稳且无法及时修正的技术问题。本发明包括机床座及设置在机床座上的进给机构、升降机构、尾座夹紧机构、快刀伺服机构和顶尖拨动机构，快刀伺服机构设置在升降机构上，抛光件设置在顶尖拨动机构与尾座夹紧机构之间，快刀伺服机构包括固定设置在进给机构上的音圈电机和激光位移传感器，音圈电机的驱动轴通过适配器连接磨杆，磨杆的端部设置有半球形的小磨头，音圈电机和激光位移传感器均与控制器相连。本发明不仅对抛光件定位精确、进给过程平稳，而且可通过激光位移传感器实时检测抛光情况，并作出及时修正，能够保证得到超高精度的抛光件。

Description

超精密小磨头抛光机床
技术领域
本发明涉及抛光机技术领域，特别是指超精密小磨头抛光机床。
背景技术
抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使抛光件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。随着社会的发展，超精密加工技术是当今工业生产的重要支撑技术，是高科技产业的发展基础，也代表了制造技术的发展方向，各发达国家都致力于超精密加工机床的研发。而轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。轴类零件的功用为支撑传动零件、传动转矩、承受载荷，以及保证在主轴上的抛光件（或刀具）具有一定的回转精度。因此，对提高轴类零件的加工精度对研究超精密加工机床极为重要。
对圆柱体的机械抛光通常使用旋转的机械设备辅以砂轮、布轮或者砂带等介质对抛光件表面进行加工，针对这些抛光设备对圆柱体表面精度的提高仍存在不足。第一，砂轮、布轮或者砂带等抛光件与抛光件之间是面接触或线接触，这样的接触形式会引起很大的形位误差，不能够保证抛光件抛光精度；第二，在抛光件抛光过程中不能实时检测抛光件的形位误差，也不能做出及时的反馈信息进行形位误差的修正；第三，在现有的抛光件机械抛光过程中，进给量的平稳控制及精确定位方面达不到超高精度抛光件的需求。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出超精密小磨头抛光机床，解决了现有抛光机形位误差大、定位精确度低、进给量运行不平稳且无法及时修正的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：超精密小磨头抛光机床，包括机床座及设置在机床座上的进给机构、升降机构、尾座夹紧机构、快刀伺服机构和顶尖拨动机构，进给机构与升降机构一体设置，快刀伺服机构设置在升降机构上，抛光件设置在顶尖拨动机构与尾座夹紧机构之间，所述快刀伺服机构包括固定设置在进给机构上的音圈电机和激光位移传感器，音圈电机的驱动轴通过适配器连接磨杆，磨杆的自由端设置有半球形的小磨头，小磨头和激光位移传感器均与抛光件的回转面相对应，所述音圈电机和激光位移传感器均与控制器相连。抛光时半球形的小磨头与抛光件是点接触，可大幅度提高抛光件表面的抛光精度；利用激光位移传感器在线检测抛光件的形位误差，能够及时反馈抛光件的抛光情况，并及时作出修正；音圈电机可以精确控制小磨头与抛光件之间接触点，进一步有效提高抛光精度。
进一步地，所述激光位移传感器的位置高度与所述小磨头的位置高度位于同一水平面内，可以进一步保证实时检测的精确性和及时性，避免了检测位置差内的造成的形位误差。
进一步地，所述音圈电机的驱动轴端设置有柔性铰链，柔性铰链上固定设置有磨杆套筒，所述适配器穿插在磨杆套筒内。设置柔性铰链，不仅可以保证小磨头与抛光件之间定位的精确性，而且能够保证在进给过程中抛光的稳定性。
进一步地，所述激光位移传感器设置有保护罩，保护罩上开设有与激光位移传感器的激光发射口相对应的开口，与开口挡止配合设置有活动挡板。保护罩的作用是防止抛光时抛光液溅到激光位移传感器上，影响检测的精度，在一次抛光结束时，打开活动挡板可用激光位移传感器测量一次抛光件的情况，根据抛光的情况在下次抛光时进行误差补偿。
进一步地，所述进给机构包括水平导轨及与水平导轨相对应的水平光栅尺，水平导轨配合有水平滑座，水平滑座与水平伺服电机驱动的水平丝杠相连，所述升降机构包括设置在滑座上的第一立柱，第一立柱的一侧设置有第一竖直导轨及与第一竖直导轨相对应的第一光栅尺，第一竖直导轨配合有第一升降滑座，第一升降滑座与第一伺服电机驱动的第一丝杠相连，所述水平伺服电机、第一伺服电机、水平光栅尺和第一光栅尺均与控制器相连。采用光栅尺定位，可以更精准的控制小磨头的进给量，进一步保证的抛光精度。
所述第一升降滑座上设置有支撑架和支撑板，所述快刀伺服机构设置在支撑架上，所述激光位移传感器设置在支撑板上。
进一步地，所述尾座夹紧机构包括尾座立柱，尾座立柱的一侧设置有第二竖直导轨及与第二竖直导轨相对应的第二光栅尺，第二竖直导轨配合有第二升降滑座，第二升降滑座与第二伺服电机驱动的第二丝杠相连，所述第二伺服电机、第二光栅尺均与控制器相连，第二升降滑座上设置有尾座，尾座的下方设置有与顶尖拨动机构相对应的上顶尖。第二光栅尺与水平光栅尺和第一光栅尺协同作用，分别从水平进给、竖直升降和抛光件定位三个角度保证了抛光精度。
进一步地，所述第一竖直导轨或/和水平导轨或/和第二竖直导轨为气浮导轨，在该抛光机床装配中，要保证第一竖直导轨和第二竖直导轨与抛光件的平行度以及抛光件与上下顶尖的同轴度，气浮导轨能够实现无摩擦和无振动的平滑移动，获得较高的导向精度，可以间接提高抛光件的抛光精度。
进一步地，所述顶尖拨动机构包括第三伺服电机，第三伺服电机的驱动轴通过联轴器与气体静压主轴连接，气体静压主轴固定在支撑套筒内，气体静压主轴的转子上固定设置有下顶尖，下顶尖与上顶尖上下相对，下顶尖的一侧设置有与偏心拨针。
本发明不仅对抛光件定位精确、进给过程平稳，而且可通过激光位移传感器实时检测抛光情况，并作出及时修正，能够保证得到超高精度的抛光件。抛光时半球形的小磨头与抛光件是点接触，可大幅度提高抛光件表面的抛光精度；利用激光位移传感器在线检测抛光件的形位误差，能够及时反馈抛光件的抛光情况，并及时作出修正；音圈电机可以精确控制小磨头与抛光件之间的接触点，可进一步有效提高抛光精度。采用光栅尺定位，可以更精准的控制小磨头的进给量，进一步保证抛光精度，第二光栅尺与水平光栅尺和第一光栅尺协同作用，分别从水平进给、竖直升降和抛光件定位三个角度保证了抛光精度。设置气浮导轨能够实现无摩擦和无振动的平滑移动，获得较高的导向精度，可以间接提高抛光件的抛光精度。设置柔性铰链，不仅可以保证小磨头与抛光件之间定位的精确性，而且能够保证在进给过程中抛光的稳定性。设置防护罩可以防止抛光时抛光液溅到激光位移传感器上，影响检测的精度，在一次抛光结束时，打开活动挡板可用激光位移传感器测量一次抛光件的情况，根据抛光的情况在下次抛光时进行误差补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2 为图1中进给机构和升降机构的示意图；
图3为图1中快刀伺服机构的示意图；
图4为图1中激光位移传感器的放大图；
图5为图1中尾座夹紧机构的示意图；
图6为图1中顶尖拨动机构的下半部的结构示意图；
图7为图1中顶尖拨动机构的上半部的结构示意图。
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付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。
实施例1，一种超精密小磨头抛光机床，如图1所示，包括机床座1及设置在机床座1上的进给机构2、升降机构3、尾座夹紧机构4、快刀伺服机构5和顶尖拨动机构6，抛光件7设置在尾座夹紧机构4和顶尖拨动机构6之间。进给机构2与升降机构3一体设置，升降机构3可随着进给机构2做水平运动，在水平运动的同时，升降机构3可沿着抛光件7升降。
如图2所示，所述进给机构2包括水平导轨2-1及与水平导轨2-1相对应的水平光栅尺2-2，水平光栅尺2-2可实时定位水平进给量并反馈给控制器，控制器可根据水平光栅尺2-2的反馈数据做出相应的调整。水平导轨2-1配合有水平滑座2-3，水平滑座2-3与水平伺服电机2-4驱动的水平丝杠2-5相连。水平伺服电机2-4在控制器的控制下，驱动水平丝杠2-5旋转，水平丝杠2-5便带动水平滑座2-3沿水平滑轨2-1进行水平移动，逐渐靠近抛光件7。在水平滑座2-3移动的过程中，水平光栅尺2-2在向控制器实时反馈检测数据。
如图2所示，所述升降机构3包括设置在滑座2-3上的第一立柱3-1，第一立柱3-1与抛光件7相靠近的一侧设置有第一竖直导轨3-2及与第一竖直导轨3-2相对应的第一光栅尺3-3，第一光栅尺3-3可实时定位升降高度并反馈给控制器，控制器可根据第一光栅尺3-3的反馈数据做出相应的调整。第一竖直导轨3-2配合有第一升降滑座3-4，第一升降滑座3-4与第一伺服电机3-5驱动的第一丝杠3-6相连，第一伺服电机3-5在控制器的控制下，驱动第一丝杠3-6旋转，第一丝杠带动3-6带动升降滑座3-4沿第一竖直导轨3-2上下滑动。
如图1和图2所示，所述第一升降滑座3-4上设置有支撑架5-1，所述快刀伺服机构5设置在支撑架5-1上。如图3所示，所述快刀伺服机构5包括固定设置在支撑架5-1上的音圈电机5-2，音圈电机5-2的驱动轴通过适配器5-7连接磨杆5-3，磨杆5-3的自由端设置有半球形的小磨头5-4，小磨头5-4与抛光件7的回转面相对应，进给机构2和升降机构3分别可以控制小磨头5-4与抛光件7在水平方向和竖直方向上的距离。进给机构2可以实现小磨头5-4与抛光件7之间切削量的粗调节，音圈电机5-2可以实现小磨头5-4与抛光件7之间切削量的精确调节。抛光时半球形的小磨头5-4与抛光件7之间是点接触，可大幅度提高抛光件7表面的抛光精度，音圈电机5-2可以精确控制小磨头5-4与抛光件7之间的接触点，进一步有效提高抛光精度。
进一步地，如图1所示，所述第一升降滑座3-4上设置有支撑板8-1，支撑板8-1上设置有与控制器相连的激光位移传感器8-2，激光位移传感器8-2朝向抛光件7的抛光面，利用激光位移传感器8-2可在线检测抛光件的形位误差，能够及时反馈抛光件的抛光情况，根据抛光件的抛光情况可及时调整进给机构2、升降机构3及快刀伺服机构5的运行状态。
实施例2，一种超精密小磨头抛光机床，所述激光位移传感器8-2的位置高度与所述小磨头5-4的位置高度位于同一水平面内，可以进一步保证实时检测的精确性和实时性，避免了检测点与小磨头5-4的位置差内的造成的形位误差。
本实施例的其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种超精密小磨头抛光机床，如图3所示，所述音圈电机5-2的驱动轴端设置有柔性铰链5-5，柔性铰链5-5上固定设置有磨杆套筒5-6，所述适配器5-7穿插在磨杆套筒内。设置柔性铰链5-5，不仅可以保证小磨头5-4与抛光件7之间定位的精确性，而且能够保证在进给过程中抛光的稳定性。
本实施例的其他结构与实施例2相同。
实施例4，一种超精密小磨头抛光机床，如图4所示，所述激光位移传感器8-2设置有保护罩8-3，保护罩8-3上开设有与激光位移传感器8-2的激光发射口相对应的开口8-4，与开口8-4挡止配合设置有活动挡板8-5。保护罩的作用是防止抛光时抛光液溅到激光位移传感器上，影响检测的精度，在一次抛光结束时，打开活动挡板可用激光位移传感器测量一次抛光件的情况，根据抛光的情况在下次抛光时进行误差补偿。
本实施例的其他结构与实施例3相同。
实施例5，一种超精密小磨头抛光机床，如图5所示，所述尾座夹紧机构4包括尾座立柱4-1，尾座立柱4-1靠近抛光件7的一侧设置有第二竖直导轨4-2及与第二竖直导轨4-2相对应的第二光栅尺4-3，第二光栅尺4-3可进行实时定位并将定位信息反馈给控制器，控制器可根据第二光栅尺4-3的反馈数据做出相应的调整。第二竖直导轨4-2配合有第二升降滑座4-4，第二升降滑座4-4与第二伺服电机4-5驱动的第二丝杠4-6相连。第二伺服电机4-5在控制器的控制下，驱动第二丝杠4-6旋转，第二丝杠4-6便带动第二升降滑座4-4沿第二竖直导轨4-2进行竖直移动。第二光栅尺与水平光栅尺和第一光栅尺协同作用，分别从水平进给、竖直升降和抛光件定位三个角度保证了抛光精度。第二升降滑座4-4上设置有尾座4-7，尾座4-7的下方设置有与顶尖拨动机构6相对应的上顶尖4-8，所述抛光件7设置在上顶尖4-8与顶尖拨动机构6之间。
本实施例的其他结构与实施例1或2或3或4相同。
实施例6，一种超精密小磨头抛光机床，所述第一竖直导轨3-2或/和水平导轨2-1或/和第二竖直导轨4-2为气浮导轨，在该抛光机床装配中，要保证第一竖直导轨和第二竖直导轨与抛光件的平行度以及抛光件与上下顶尖的同轴度，气浮导轨能够实现无摩擦和无振动的平滑移动，获得较高的导向精度，可以间接提高抛光件的抛光精度。
本实施例的其他结构与实施例5相同。
实施例7，一种超精密小磨头抛光机床，如图6和图7所示，所述顶尖拨动机构6包括第三伺服电机6-1，第三伺服电机6-1的驱动轴通过联轴器6-6固定连接有气体静压主轴6-3，气体静压主轴6-3通过支撑套筒6-2固定设置在机床座1上。气体静压主轴6-3的转子上方通过锁紧螺钉6-7固定设置有下顶尖6-4。下顶尖6-4与上顶尖4-8上下相对，所述抛光件7设置在下顶尖6-4与上顶尖4-8之间，下顶尖6-4的一侧设置有偏心拨针6-5，偏心拨针6-5与抛光件7下端的偏心孔相配合。
本实施例的其他结构与实施例6相同。
本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.超精密小磨头抛光机床，包括机床座（1）及设置在机床座（1）上的进给机构（2）、升降机构（3）、尾座夹紧机构（4）、快刀伺服机构（5）和顶尖拨动机构（6），进给机构（2）与升降机构（3）一体设置，快刀伺服机构（5）设置在升降机构（3）上，其特征在于：所述顶尖拨动机构（6）包括下顶尖（6-4），尾座夹紧机构（4）包括与顶尖拨动机构（6）相对应的上顶尖（4-8），抛光件（7）竖直设置在上顶尖（4-8）和下顶尖（6-4）之间，下顶尖（6-4）的一侧设置有与抛光件（7）相配合的偏心拨针（6-5），所述快刀伺服机构（5）包括固定设置在升降机构（3）上的音圈电机（5-2）和激光位移传感器（8-2），音圈电机（5-2）的驱动轴通过适配器（5-7）连接磨杆（5-3），磨杆（5-3）的自由端设置有半球形的小磨头（5-4），小磨头（5-4）和激光位移传感器（8-2）均与抛光件（7）的回转面相对应，小磨头（5-4）与抛光件（7）点接触，所述音圈电机（5-2）和激光位移传感器（8-2）均与控制器相连；所述进给机构（2）包括水平导轨（2-1）及与水平导轨（2-1）相对应的水平光栅尺（2-2），水平导轨（2-1）配合有水平滑座（2-3），水平滑座（2-3）与水平伺服电机（2-4）驱动的水平丝杠（2-5）相连，所述升降机构（3）包括设置在水平滑座（2-3）上的第一立柱（3-1），第一立柱（3-1）的一侧设置有第一竖直导轨（3-2）及与第一竖直导轨（3-2）相对应的第一光栅尺（3-3），第一竖直导轨（3-2）配合有第一升降滑座（3-4），第一升降滑座（3-4）与第一伺服电机（3-5）驱动的第一丝杠（3-6）相连，所述水平伺服电机（2-4）、第一伺服电机（3-5）、水平光栅尺（2-2）和第一光栅尺（3-3）均与控制器相连；
所述尾座夹紧机构（4）包括尾座立柱（4-1），尾座立柱（4-1）的一侧设置有第二竖直导轨（4-2）及与第二竖直导轨（4-2）相对应的第二光栅尺（4-3），第二竖直导轨（4-2）配合有第二升降滑座（4-4），第二升降滑座（4-4）与第二伺服电机（4-5）驱动的第二丝杠（4-6）相连，所述第二伺服电机（4-5）、第二光栅尺（4-3）均与控制器相连，第二升降滑座（4-4）上设置有尾座（4-7），尾座（4-7）的下方设置与顶尖拨动机构（6）相对应的上顶尖（4-8）；
所述顶尖拨动机构（6）包括第三伺服电机（6-1），第三伺服电机（6-1）的驱动轴通过联轴器（6-6）与气体静压主轴（6-3）固定连接，气体静压主轴（6-3）通过支撑套筒（6-2）固定设置在机床座（1）上，气体静压主轴（6-3）的转子上固定设置所述下顶尖（6-4）。
2.根据权利要求1所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述激光位移传感器（8-2）的位置高度与所述小磨头（5-4）的位置高度位于同一水平面内。
3.根据权利要求1所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述音圈电机（5-2）的驱动轴端设置有柔性铰链（5-5），柔性铰链（5-5）上固定设置有磨杆套筒（5-6），所述适配器（5-7）穿插在磨杆套筒（5-6）内。
4.根据权利要求1所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述激光位移传感器（8-2）设置有保护罩（8-3），保护罩（8-3）上开设有与激光位移传感器（8-2）的激光发射口相对应的开口（8-4），与开口（8-4）挡止配合设置有活动挡板（8-5）。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述第一竖直导轨（3-2）或/和水平导轨（2-1）为气浮导轨。
6.根据权利要求5所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述第一升降滑座（3-4）上设置有支撑架（5-1）和支撑板（8-1），所述快刀伺服机构（5）设置在支撑架（5-1）上，所述激光位移传感器（8-2）设置在支撑板（8-1）上。
7.根据权利要求6所述的超精密小磨头抛光机床，其特征在于：所述第二竖直导轨（4-2）为气浮导轨。
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