CN110238412A - 一种使用空气静压导轨的快刀结构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构涉及精密仪器制造技术领域。其目的是为了提供一种高效率、高精度、成本低的一种使用空气静压导轨的快刀结构。本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构包括电机、空气静压导轨组、刀具组件和测量组件，所述电机为音圈电机，电机包括定子和动子；空气静压导轨组与电机的动子固定连接，空气静压导轨组包括第一气浮快刀导轨和第二气浮快刀导轨，第一气浮快刀导轨竖直设置，第二气浮快刀导轨水平设置，两根气浮快刀导轨组成T型结构，气浮块在空气静压导轨组外侧形成T型腔体；刀具组件包括刀具；测量组件包括光栅尺和读数头，光栅尺安装在空气静压导轨组上方，读数头固定在读数头支架上，读数头位于光栅尺上方。

Description

一种使用空气静压导轨的快刀结构
技术领域
本发明涉及精密仪器制造技术领域，特别是涉及一种用于进行微光学元件加工的快刀结构。
背景技术
光学微结构广泛应用于军事和民用行业，与生产和生活关系紧密，针对其应用的广泛和作用的巨大，快刀伺服车削加工迅速发展起来。快刀伺服车削加工能同时满足超精密加工高精度、高效率的要求，是解决微结构光学元件加工困难的有效途径。各国都在快刀伺服车削加工技术上投入了大量的人力物力，以期占领技术上的高地。
由于微结构光学元件表面为形状复杂的高精度、非对称表面，传统加工方法如靠模仿形、研磨抛光等，有的效率很低，有的不能满足技术指标要求。近年来发展起来的一些微结构表面制造技术，如电子束直写技术、激光束直写技术、光刻技术、蚀刻技术、沉积和影像蚀刻技术、LIGA技术等，存在一定的局限，如对材料和设备要求高、刻蚀图形边缘不清晰、难以制作大F数的微透镜阵列、加工精度的一致性较差、工艺可控性不好、对环境有污染等。
采用超精密车削技术加工微结构，具有其它方法所不具备的许多优势：能够加工出真正的三维结构，加工零件的轮廓精度达到亚微米级，无须后续抛光处理即可达到纳米级表面粗糙度，加工效率高，可加工的零件尺度相对较大等。因此随着超精密加工技术的发展，使用超精密切削的方法加工微结构表面成为微制造领域非常重要的发展方向，受到了国内外的广泛重视。传统超精密车削仅限于加工回转对称型零件，无法满足微光学等复杂面形零件的加工要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效率、高精度、成本低的一种使用空气静压导轨的快刀结构。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，包括电机、空气静压导轨组、刀具组件和测量组件，所述电机为音圈电机，电机包括定子和动子；
所述空气静压导轨组位于电机的一侧，空气静压导轨组与电机的动子固定连接，所述空气静压导轨组包括第一气浮快刀导轨和第二气浮快刀导轨，所述第一气浮快刀导轨竖直设置，第二气浮快刀导轨水平设置，两根气浮快刀导轨组成T型结构，所述第一气浮快刀导轨左右两侧和第二气浮快刀导轨上下两侧均设置有气浮块，所述气浮块在空气静压导轨组外侧形成T型腔体，通气后的气浮块在T型腔体内形成气膜；
所述刀具组件位于空气静压导轨组一侧，包括至少一个刀具，用于进行切割加工；
所述测量组件包括光栅尺和读数头，所述光栅尺安装在空气静压导轨组上方，随空气静压导轨组共同运动，所述读数头固定在读数头支架上，读数头位于光栅尺上方。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，其中所述定子安装在定子座上，定子外侧设置有定子水套，所述定子水套上设置有进水口和出水口，定子座和定子水套安装在快刀调整底座上。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，其中所述气浮块安装在气浮块座上，气浮块座固定在气浮快刀底座上。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述气浮块座与气浮块之间和气浮块座与气浮快刀底座之间均通过胶粘结固定。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述气浮快刀底座位于空气静压导轨组外侧，气浮快刀底座包括组装成一体的底板和机体。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述空气静压导轨组的右端从气浮快刀底座的机体的右侧板上开设的通孔中伸出并安装有刀具组件。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述机体的右侧板为前气路分配板，前气路分配板的顶部设置有进气管，进气管连接前气路分配板内部的气道，气道环绕在通孔四周。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述机体上设置有气管接头，气管接头一端连接有气源，气管接头另一端与气浮块座相连通。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，所述第一气浮快刀导轨和第二气浮快刀导轨上均加工有若干个通孔。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构，其中所述刀具组件还包括刀架和刀架托块，空气静压导轨组的一端与刀架固定安装，刀架上安装有刀架托块，刀具安装在刀架托块上。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构与现有技术不同之处在于，本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构采用音圈电机作为动力元件，其具有输出力大、速度和加速度高、行程大的优点。本发明通过音圈电机的动子带动空气静压导轨组进行直线往复运动，能够实现复杂微结构零件加工所需要的高频响的需求，也能够满足加工高陡度复杂面形所需要的大行程的要求。
本发明的驱动装置具有高频响、高精度的特点，再根据主轴角度的反馈，金刚石刀具实时跟踪工件面形的变化，以实现光学微结构等复杂面形零件的精密高效加工。
本发明采用空气静压导轨组与气浮块配合，在导轨外侧形成一个空气腔体，使空气静压导轨组可以进行只有前后两个自由度的高刚性的悬浮运动，从而有效提高加工精度。
本发明在空气静压导轨组运动的同时采用测量组件精确测量空气静压导轨组的位置，进而获得切割刀具的精确位置。
采用本发明的一种使用空气静压导轨的快刀结构可以重复加工具有复杂形状的各种异形元件，一次加工即可获得很高的零件尺寸精度、形状精度和很低的表面粗糙度，能够实现光学微结构的高效率、高精度、柔性化加工，且经济性好。
下面结合附图对本发明的一种使用空气静压导轨的快刀结构作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构的主视图；
图2为本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构的右视图(省去刀具组件)；
图3为本发明一种使用空气静压导轨中空气静压导轨组的结构示意图；
图中标记示意为：1-定子水套；2-定子座；3-定子；4-动子；5-读数头盖板；6-读数头；7-光栅尺；8-读数头支架；9-前气路分配板；10-刀架托块；11-刀具；12-刀架；13-气浮快刀底座；14-快刀调整底座；15-第二气浮快刀导轨；16-第一气浮快刀导轨；17-气浮块座；18-气浮块。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-图3所示，本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构包括电机、空气静压导轨组、刀具组件和测量组件。
电机选用音圈电机，音圈电机具有输出力大、速度和加速度高、行程大的优点，能够实现复杂微结构零件加工所需要的高频响的需求，也能够满足加工高陡度复杂面形所需要的大行程的要求。电机包括定子3和动子4。定子3安装在定子座2上，定子3外侧设置有定子水套1。定子水套1用于为电机降温，定子水套1上设置有进水口和出水口，采用循环水不断为电机降温，防止电机工作温度过高，影响设备稳定性和使用寿命。动子4安装在定子3外侧，电机通电后动子4能够沿轴向进行直线往复运动。
空气静压导轨组位于电机右侧，空气静压导轨组与电机的动子4固定连接，电机通过动子4带动空气静压导轨组进行直线往复运动。空气静压导轨组包括第一气浮快刀导轨16和第二气浮快刀导轨15，其中第一气浮快刀导轨16竖直设置，第二气浮快刀导轨15水平设置，两根气浮快刀导轨组成T型结构，两根气浮快刀导轨上均加工有若干个通孔，这样可减轻结构自身的重量，便于保持水平方向的运动。两根气浮快刀导轨组成的T型结构加工方便，装配便捷。稳定的导轨结构更便于约束其上下和左右四个自由度，使快刀的加工精度可以得到保证。
第一气浮快刀导轨16左右两侧和第二气浮快刀导轨15上下两侧均设置有气浮块18。气浮块18安装在气浮块座17上，气浮块18与气浮块座17之间通过胶粘结固定。多个气浮块18和气浮块座17在两根气浮快刀导轨周围形成一个T型腔体。气浮块18和气浮块座17可以通气，通气后可以在T型腔体内形成气膜，空气静压导轨组与外侧的T型腔体之间存在气浮间隙。空气静压导轨组可以在T型腔体内进行只有前后两个自由度的高刚性的悬浮运动。气浮块座17固定在气浮快刀底座13上，气浮块座17与气浮快刀底座13通过胶粘结固定。
气浮快刀底座13位于空气静压导轨组外侧，气浮快刀底座13包括组装成一体的底板和机体。机体上设置有气管接头，气管接头连接有气源。气管接头另一端与气浮块座17相连通，气源打开后，气体可以进入并充满T型腔体。
空气静压导轨组的右端从气浮快刀底座13的机体的右侧板上开设的通孔中伸出并安装有刀具组件。机体的右侧板为前气路分配板9，前气路分配板9的顶部设置有进气管，进气管连接前气路分配板9内部的气道，气道环绕在通孔四周，可以增强空气静压导轨组运动的稳定性，减小往复运动时的摩擦阻力。
刀具组件包括刀架12、刀架托块10和刀具11，第一气浮快刀导轨16的右端与刀架12固定安装。刀架12上安装有刀架托块10，刀架托块10上安装有用于加工的刀具11。刀具11可以同时安装多把，刀具11为金刚石刀具。
测量组件包括光栅尺7和读数头6。光栅尺7安装在空气静压导轨组中第一气浮快刀导轨16的上方，随空气静压导轨组共同运动。读数头6安装在读数头支架8上，读数头支架8上方安装有读数头盖板5，读数头支架8安装在气浮快刀底座13的机体顶部。光栅尺7和空气静压导轨组一起运动，读数头6固定不动，光栅尺7和读数头6配合，通过光栅尺7高频运动来采集刀具11移动的数据，实现对快刀的精确定位。
电机的定子水套1和气浮快刀底座13均安装在快刀调整底座14上。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构在工作时，电机通电后动子4带动空气静压导轨组一同进行直线往复运动，空气静压导轨组上安装的刀具组件和光栅尺7随其一同运动，刀具组件中的金刚石刀具进行切割，读数头6根据读取光栅尺7的数据对刀具11进行精确定位。
本发明一种使用空气静压导轨的快刀结构采用超精密快刀伺服加工技术，通过驱动金刚石刀具产生高频响、小范围的快速精密进刀运动，并配合高精度的主轴回转和径向进给运动，来完成复杂面形零件的精密高效加工。这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度等特点，可以重复加工出具有复杂形状的各种异形元件，一次加工即可获得很高的尺寸精度、形状精度和很低的表面粗糙度，能够实现复杂光学面形的高效高精度加工。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：包括电机、空气静压导轨组、刀具组件和测量组件，所述电机为音圈电机，电机包括定子和动子；
所述空气静压导轨组位于电机的一侧，空气静压导轨组与电机的动子固定连接，所述空气静压导轨组包括第一气浮快刀导轨和第二气浮快刀导轨，所述第一气浮快刀导轨竖直设置，第二气浮快刀导轨水平设置，两根气浮快刀导轨组成T型结构，所述第一气浮快刀导轨左右两侧和第二气浮快刀导轨上下两侧均设置有气浮块，所述气浮块在空气静压导轨组外侧形成T型腔体，通气后的气浮块在T型腔体内形成气膜；
所述刀具组件位于空气静压导轨组一侧，包括至少一个刀具，用于进行切割加工；
所述测量组件包括光栅尺和读数头，所述光栅尺安装在空气静压导轨组上方，随空气静压导轨组共同运动，所述读数头固定在读数头支架上，读数头位于光栅尺上方。
2.根据权利要求1所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述定子安装在定子座上，定子外侧设置有定子水套，所述定子水套上设置有进水口和出水口，定子座和定子水套安装在快刀调整底座上。
3.根据权利要求1所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述气浮块安装在气浮块座上，气浮块座固定在气浮快刀底座上。
4.根据权利要求3所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述气浮块座与气浮块之间和气浮块座与气浮快刀底座之间均通过胶粘结固定。
5.根据权利要求3或4所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述气浮快刀底座位于空气静压导轨组外侧，气浮快刀底座包括组装成一体的底板和机体。
6.根据权利要求5所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述空气静压导轨组的右端从气浮快刀底座的机体的右侧板上开设的通孔中伸出并安装有刀具组件。
7.根据权利要求6所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述机体的右侧板为前气路分配板，前气路分配板的顶部设置有进气管，进气管连接前气路分配板内部的气道，气道环绕在通孔四周。
8.根据权利要求3所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述机体上设置有气管接头，气管接头一端连接有气源，气管接头另一端与气浮块座相连通。
9.根据权利要求1所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述第一气浮快刀导轨和第二气浮快刀导轨上均加工有若干个通孔。
10.根据权利要求1所述的一种使用空气静压导轨的快刀结构，其特征在于：所述刀具组件还包括刀架和刀架托块，空气静压导轨组的一端与刀架固定安装，刀架上安装有刀架托块，刀具安装在刀架托块上。
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