CN114179228A - 一种超精密多面棱镜飞切加工机床 - Google Patents

一种超精密多面棱镜飞切加工机床 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超精密多面棱镜飞切加工机床，包括飞切机床床身、平面移动机构、上下料机械手和至少两组高速飞切主轴；平面移动机构包括往复运动导轨、进给运动导轨、分度定位台和夹具，夹具夹持多面棱镜、并在往复运动导轨、进给运动导轨、分度定位台作用下沿水平方向做二维移动和自转。本发明结构设计合理，通过往复运动导轨、进给运动导轨和分度定位台的设计，可实现多面棱镜在加工平面上的位置控制，同时配合多根飞切主轴，可实现一次装夹，多工序的加工，避免各工序加工重复装夹带来的误差，在提高零件加工效率的同时，提高加工质量，在提高机床加工精度的前提下，合理控制了机床成本。

Description

一种超精密多面棱镜飞切加工机床
技术领域
本发明涉及数控加工特别是精密和超精密加工技术领域，尤其涉及一种超精密多面棱镜飞切加工机床。
背景技术
多面棱镜目前广泛运用于扫描仪、复印机、扫码器等激光设备中，是一种具有较高精度要求的带有多个反射侧面的光学零件，其反射面的表面质量以及面与面之间的角度精度将直接决定其所在设备的使用效果。
目前国内外加工多面棱镜依靠多轴的数控加工中心加工。现有的数控加工中心在加工中，主要存在以下几个方面的问题：(1)零件拆装繁琐，一次可加工的数量有限，加工效率低；(2)加工中心精度较低，反射面的形貌和角度难以保证，质量一致性差；(3)加工中心轴系数量多，操作复杂，设备成本高，专用性差。这些问题导致了多面棱镜加工成本高、质量低、效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种可有效提高零件加工效率和加工质量，同时降低设备成本的超精密多面棱镜飞切加工机床。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超精密多面棱镜飞切加工机床，用于夹持多面棱镜并对多面棱镜进行加工，包括飞切机床床身、平面移动机构和上下料机械手；所述的平面移动机构设置在飞切机床床身上，包括往复运动导轨、进给运动导轨、分度定位台和夹具，所述的夹具夹持多面棱镜、并在往复运动导轨、进给运动导轨、分度定位台作用下沿水平方向做二维移动和自转；所述的上下料机械手设置在飞切机床床身上并为夹具夹持多面棱镜进行上下料；还包括至少两组高速飞切主轴，所述的高度飞切主轴设置在平面移动机构侧方，每组高度飞切主轴包括气浮主轴、飞刀盘和切削刀具，所述的飞刀盘安装在气浮主轴前段，飞刀盘上对称设有至少两个凹槽，其中一个凹槽内安装切削刀具，另一个凹槽内设有动平衡块。
在上述方案中，通过平面移动机构的设置，可便于多面棱镜在平面上的二维移动和转动，二维移动可实现零件的对刀操作，转动则对应多面棱镜的加工需求，便于按角度进行加工，精度可靠且加工效率高，设备成都低。
进一步的，所述的往复运动导轨上滑动连接有滑块，所述的进给运动导轨则设置滑块上，所述的分度定位台则滑动连接在进给运动导轨上，所述的夹具设置在分度定位台上。多面棱镜被夹具夹持，往复运动导轨与进给运动导轨配合，带动多面棱镜在平面上做二维移动，实现多面棱镜与刀具之间的相对位置移动。分度定位台则可带动多面棱镜进行旋转定位，实现多面棱镜与飞刀盘之间的角度调整。
为了进一步提高飞刀盘的稳定性，所述的飞刀盘外周面上设有至少一圈动平衡螺纹孔，所述动平衡螺纹孔内螺纹连接有螺钉，通过动平衡螺纹孔内螺钉的深度，即可有效调节飞刀盘的动平衡。
优选的，进给运动导轨只起到对刀、进给以及进刀退刀的作用，进给运动导轨为具有自锁能力的机械式导轨，该导轨的自锁能力强，自锁后不易产生晃动和变形，如此可以在节约成本的同时，提高机床的稳定性。往复运动导轨需要在加工过程中往复移动，其运动精度直接决定了被加工零件的表面形貌精度，往复运动导轨为液体静压导轨，液体静压导轨具有更高的精度和良好的刚性，如此有利于在控制机床成本的同时，最大程度地提高机床的加工精度。
优选的，该飞切加工机床包括两组高速飞切主轴，其中一组高速飞切主轴的切削刀具为用于粗加工的硬质合金刀具，另一组高速飞切主轴的切削刀具为用于精加工的金刚石刀具。
本发明的有益效果是，本发明的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，结构设计合理，通过往复运动导轨、进给运动导轨和分度定位台的设计，可实现多面棱镜在加工平面上的位置控制，同时配合多根飞切主轴，可实现一次装夹，多工序的加工，避免各工序加工重复装夹带来的误差，在提高零件加工效率的同时，提高加工质量，在提高机床加工精度的前提下，合理控制了机床成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的结构示意图。
图2是本发明最优实施例中高速飞切主轴的结构示意图。
图3是本发明最优实施例中平面移动机构的结构示意图。
图中1、飞切机床床身 2、上下料机械手 3、高速飞切主轴 3-1、气浮主轴 3-2、飞刀盘 3-3、动平衡块 3-4、刀具 3-5、动平衡螺纹孔 4、平面移动机构 4-1、夹具 4-2、进给运动导轨 4-3、分度定位台 4-4、往复运动导轨 5、多面棱镜。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
如图1所示一种超精密多面棱镜飞切加工机床，是本发明最优实施例，用于夹持多面棱镜5并对多面棱镜5进行加工。飞切加工机床包括飞切机床床身1、平面移动机构4和上下料机械手2。
如图3所示所述的平面移动机构4设置在飞切机床床身1上，包括往复运动导轨4-4、进给运动导轨4-2、分度定位台4-3和夹具4-1。所述的夹具4-1夹持多面棱镜，并与分度定位台4-3同轴安装，工作时，分度定位台4-3带动多面棱镜5旋转定位，并由进给运动导轨4-2和往复运动导轨4-4带动做水平方向的两维移动，从而实现棱镜与飞刀盘3-2之间的角度调整和相对位置移动。
所述的往复运动导轨4-4上滑动连接有滑块，所述的进给运动导轨4-2则设置滑块上，所述的分度定位台4-3则滑动连接在进给运动导轨4-2上，所述的夹具4-1设置在分度定位台4-3上。多面棱镜5被夹具4-1夹持，往复运动导轨4-4与进给运动导轨4-2配合，带动多面棱镜5在平面上做二维移动，实现多面棱镜与刀具3-4之间的相对位置移动。
具体的，由于进给运动导轨4-2只起到对刀、进给以及进刀退刀的作用，进给运动导轨4-2采用具有自锁能力的机械式导轨，该导轨的自锁能力强，自锁后不易产生晃动和变形，如此可以在节约成本的同时，提高机床的稳定性。往复运动导轨4-4则需要在加工过程中往复移动，其运动精度直接决定了被加工零件的表面形貌精度，往复运动导轨4-4为液体静压导轨，液体静压导轨具有更高的精度和良好的刚性，如此有利于在控制机床成本的同时，最大程度地提高机床的加工精度。
高速飞切主轴3数量为两组，平行设置在平面移动机构4侧方。如图2所示，每组高度飞切主轴包括气浮主轴3-1、飞刀盘3-2和切削刀具3-4，所述的飞刀盘3-2安装在气浮主轴3-1前段。由于飞刀盘3-2的直径远大于数控加工中心的铣刀，因此本飞切加工机床加工的平面范围相比于数控加工中心要大得多，这样就可以将多个多面棱镜5堆叠安装在夹具4-1上，并一次性完成加工，如此既可以提高加工的效率，又可以保证加工出零件的一致性。
飞刀盘3-2上对称设有两个凹槽，其中一个凹槽内安装切削刀具3-4，另一个凹槽内设有动平衡块3-3。为了提高飞切机床的加工效率，主轴需要很高的转速，这就对整个主轴的动平衡精度提出了很高的要求，因此本发明的飞刀盘3-2除了安装有动平衡块3-3，可以通过调整动平衡块3-3的位置来调节飞刀盘3-2的动平衡。同时，所述的飞刀盘3-2外周面上设有两圈动平衡螺纹孔3-5，所述动平衡螺纹孔3-5内螺纹连接有螺钉，通过动平衡螺纹孔3-5内螺钉的深度，即可有效调节飞刀盘3-2的动平衡。
两组高速飞切主轴3中，其中一组的切削刀具3-4为用于粗加工的硬质合金刀具3-4，另一组的切削刀具3-4为用于精加工的金刚石刀具3-4。两组高速飞切主轴3并排安装，只需将被加工件移动到相应的工位就可以进行不同的工序，如此可以使多面棱镜5在一次装夹内，完成粗加工和精加工，避免了重复装夹带来的误差，从而提高零件的加工质量。
所述的上下料机械手2设置在飞切机床床身1上并为夹具4-1夹持多面棱镜进行上下料。传统多面棱镜的加工，需要工人频繁地上下料，费时又费力，本发明使用自动上下料机械手2来完成零件的自动上下料，节省了人力的同时又提高了生产效率。
同时，飞切机床床身1的基座采用花岗岩材料，变形系数小，有利于提高机床的工作稳定性。
上述的飞切加工机床，加工多面棱镜步骤如下：
①上下料机械手2将多个被加工零件堆叠安装于分度定位台4-3上的夹具4-1中；
②启动高速飞切主轴3，控制分度定位台4-3调整零件角度，控制进给运动导轨4-2和往复运动导轨4-4完成零件的对刀；
③完成对刀工序后，开始零件的粗加工，加工时锁紧进给运动导轨4-2，往复运动导轨4-4带动零件做一维移动；
④粗加工完成后，将被加工件移到精加工位置，锁紧进给运动导轨4-2，开始零件的精加工；
⑤完成一个面的加工，控制分度定位台4-3旋转一定的角度，接着开始下一个面的加工直至完成整个零件；
⑥完成退刀工序，高速飞切主轴3停转，上下料机械手2取下所有被加工零件。
如此设计的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，具有带飞刀盘3-2的高速主轴，改变了以往多面棱镜的加工形式，飞切加工机床相对于数控加工中心结构简单，大大节约了成本。通过使用高速旋转、大直径的飞刀盘3-2面极大提高了切削速度，将多个零件装夹在一起一次性加工完成以及机械手快速自动上下料，都可以提高加工的效率，通过高精度的飞切主轴、分度定位台4-3以及往复运动导轨4-4，保证了零件的加工质量。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种超精密多面棱镜飞切加工机床，用于夹持多面棱镜并对多面棱镜进行加工，其特征在于：包括飞切机床床身(1)、平面移动机构(4)和上下料机械手(2)；所述的平面移动机构(4)设置在飞切机床床身(1)上，包括往复运动导轨(4-4)、进给运动导轨(4-2)、分度定位台(4-3)和夹具(4-1)，所述的夹具(4-1)夹持多面棱镜、并在往复运动导轨(4-4)、进给运动导轨(4-2)、分度定位台(4-3)作用下沿水平方向做二维移动和自转；所述的上下料机械手(2)设置在飞切机床床身(1)上并为夹具(4-1)夹持多面棱镜进行上下料；
还包括至少两组高速飞切主轴(3)，所述的高度飞切主轴设置在平面移动机构(4)侧方，每组高度飞切主轴包括气浮主轴(3-1)、飞刀盘(3-2)和切削刀具(3-4)，所述的飞刀盘(3-2)安装在气浮主轴(3-1)前段，飞刀盘(3-2)上对称设有至少两个凹槽，其中一个凹槽内安装切削刀具(3-4)，另一个凹槽内设有动平衡块(3-3)。
2.如权利要求1所述的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，其特征在于：所述的往复运动导轨(4-4)上滑动连接有滑块，所述的进给运动导轨(4-2)则设置滑块上，所述的分度定位台(4-3)则滑动连接在进给运动导轨(4-2)上，所述的夹具(4-1)设置在分度定位台(4-3)上。
3.如权利要求1所述的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，其特征在于：所述的飞刀盘(3-2)外周面上设有至少一圈动平衡螺纹孔(3-5)，所述动平衡螺纹孔(3-5)内螺纹连接有螺钉。
4.如权利要求1所述的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，其特征在于：所述的进给运动导轨(4-2)为具有自锁能力的机械式导轨，所述的往复运动导轨(4-4)为液体静压导轨。
5.如权利要求1所述的一种超精密多面棱镜飞切加工机床，其特征在于：包括两组高速飞切主轴(3)，其中一组高速飞切主轴(3)的切削刀具(3-4)为用于粗加工的硬质合金刀具(3-4)，另一组高速飞切主轴(3)的切削刀具(3-4)为用于精加工的金刚石刀具(3-4)。
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