CN115026679A - 一种超精密纳米机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超精密纳米机床，包括底座、X轴驱动机构、第一转动装置、刀头、Y轴驱动机构、第二转动装置以及固定夹具，底座顶部安装有X轴驱动机构。本发明的有益效果包括：本发明提供了一种超精密纳米机床，通过第二转动装置可带动固定夹具上的镜片转动对镜片进行抛光，同时通过X轴驱动机构可带动第一转动装置在X轴方向上移动，从而可带动刀头在X轴方向移动，通过Y轴驱动机构可带动第二转动装置在Y轴方向上移动，从而可带动固定夹具的上的镜片在Y轴方向上移动，通过第一转动装置可带动刀头转动，使刀头的刀刃始终与镜片的不同区域垂直接触，抛光效果好，同时镜片之间的一致性好。

Description

一种超精密纳米机床

技术领域

本发明涉及抛光机床技术领域，尤其是涉及一种超精密纳米机床。

背景技术

目前，很多高精度的仪器、设备中都具有光学系统。光学系统是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的系统，例如照相机中的多个镜头便构成了一套光学系统。在一套光学系统中，每一个镜片都对最终的光路产生一定的影响，因此，为了保证最终光学系统能够达到所设计的效果，必须保证每一个镜片的光学面符合设计要求，这便对镜片的加工精度提出了严苛的要求。

现有常用的镜片抛光机通常包括机壳，位于机壳内的夹持装置和切削抛光装置，夹持装置用于固定镜片，切削抛光装置用于对镜片进行切削抛光。这种镜片抛光机的夹持装置在夹持镜片后，镜片的位置、角度不会发生变化，只会沿夹持装置的轴向进行旋转；同样的，在设定好切削参数后，切削抛光装置相对于镜片的位置也是固定不变的，通过刀头的边缘转动实现对镜片的切削。

而现有抛光机在使用时，通常需要人员不断地调整镜片的夹持位置和/或研磨抛光装置相对于镜片的位置来实现对镜片的不同区域进行不同曲率的切削。由此方式进行抛光，不仅需要耗费人力，还造成镜片抛光效果并不理想，且镜片之间的一致性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种超精密纳米机床，解决现有技术中的抛光机在使用时，通常需要人员不断地调整镜片的夹持位置和/或研磨抛光装置相对于镜片的位置来实现对镜片的不同区域进行不同曲率的抛光，由此方式进行抛光，不仅需要耗费人力，还造成镜片抛光效果并不理想，且镜片之间的一致性较差技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种超精密纳米机床，包括底座、X轴驱动机构、第一转动装置、刀头、Y轴驱动机构、第二转动装置以及固定夹具，底座顶部安装有X轴驱动机构，X轴驱动机构顶部安装有第一转动装置，第一转动装置的转动轴上安装有刀头，底座顶部还安装有Y轴驱动机构，Y轴驱动机构顶部安装有第二转动装置，第二转动装置的转动轴的中心轴与刀头的刀刃垂直，第二转动装置的转动轴上安装有用于固定镜片的固定夹具。

进一步，X轴驱动机构包括X轴导轨、X轴滑块以及X轴直线电机，X轴导轨安装在底座顶部，X轴滑块滑动设在X轴导轨上，X轴直线电机与X轴滑块连接，第一转动装置安装在X轴滑块顶部。

进一步，Y轴驱动机构包括Y轴导轨、Y轴滑块以及Y轴直线电机，Y轴导轨安装在底座顶部，Y轴导轨与X轴导轨相互垂直，Y轴滑块滑动设在Y轴导轨上，Y轴直线电机与Y轴滑块连接，第二转动装置安装在Y轴滑块顶部。

进一步，X轴滑块和Y轴滑块均为气浮滑块。

进一步，X轴直线电机和Y轴直线电机均为伺服直线电机。

进一步，第一转动装置包括转动电机和转盘，转动电机安装在X轴滑块顶部，转动电机的转动轴上安装有转盘，刀头安装在转盘顶部，转动电机外侧安装有外罩，外罩顶部设有通孔，外罩顶部且位于通孔边缘设有限位圈，转盘外侧壁与限位圈内侧壁滑动连接。

进一步，转动电机为伺服电机。

进一步，外罩顶部且位于限位圈四周的位置安装有防尘罩，防尘罩底部边缘设有吸尘孔。

进一步，外罩外侧壁安装有第一安装杆，第一安装杆上端安装有摄像头，摄像头靠近其物镜的一端从防尘罩顶部伸入到防尘罩内，外罩外壁还安装有第二安装杆，第二安装杆上端安装有涡流管，涡流管靠近其出气口一端从防尘罩侧壁伸入防尘罩内。

进一步，第二转动装置为气浮电主轴。

本发明的有益效果包括：本发明提供了一种超精密纳米机床，通过第二转动装置可带动固定夹具上的镜片转动对镜片进行抛光，同时通过X轴驱动机构可带动第一转动装置在X轴方向上移动，从而可带动刀头在X轴方向移动，通过Y轴驱动机构可带动第二转动装置在Y轴方向上移动，从而可带动固定夹具的上的镜片在Y轴方向上移动，通过第一转动装置可带动刀头转动，使刀头的刀刃始终与镜片的不同区域垂直接触，抛光效果好，同时镜片之间的一致性好。

本发明提供了一种超精密纳米机床，X轴滑块和Y轴滑块均为气浮滑块，可使X轴滑块与X轴导轨之间和Y轴滑块与Y轴导轨之间无接触，提高了X轴滑块与Y轴滑块的运动速度，同时气体可对X轴导轨与X轴滑块之间和Y轴导轨与Y轴滑块之间施加预紧力，提高运动刚度，从而可提高调节精度。

本发明提供了一种超精密纳米机床，第二转动装置为气浮电主轴，气浮电主轴的轴芯依靠气浮轴承支撑，轴芯在转动时不与周边设备发生摩擦，从而有效地提高了轴芯的转动速度，大大减小能量的耗损，同时轴芯在转动过程中振动小，很好地保证了轴芯的低动态偏摆和稳定性，从而更好地提高了加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例的一种超精密纳米机床结构示意图一；

图2是本发明实施例的一种超精密纳米机床结构示意图二；

图3是本发明实施例的一种超精密纳米机床结构示意图三；

图4是图3的A处放大图；

图中：1、底座；2、X轴驱动机构；21、X轴导轨；22、X轴滑块；23、X轴直线电机；3、第一转动装置；31、转动电机；32、转盘；33、外罩、34、限位圈；35、防尘罩；351、吸尘孔；36、第一安装杆；37、摄像头；38、第二安装杆；39、涡流管；4、刀头；5、Y轴驱动机构；51、导轨；52、Y轴滑块；53、Y轴直线电机；6、第二转动装置；7、固定夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，本发明提供了一种超精密纳米机床，包括底座1、X轴驱动机构2、第一转动装置3、刀头4、Y轴驱动机构5、第二转动装置6以及固定夹具7，底座1顶部安装有X轴驱动机构2，X轴驱动机构2顶部安装有第一转动装置3，第一转动装置3的转动轴上安装有刀头4，底座1顶部还安装有Y轴驱动机构5，Y轴驱动机构5顶部安装有第二转动装置6，第二转动装置6的转动轴的中心轴与刀头4的刀刃垂直，第二转动装置的转动轴上安装有用于固定镜片的固定夹具7。使用时，镜片可固定在固定夹具7上，通过第二转动装置6可带动固定夹具7上的镜片转动对镜片进行切削抛光，同时通过X轴驱动机构2可带动第一转动装置3在X轴方向上移动，从而可带动刀头4在X轴方向移动，通过Y轴驱动机构5可带动第二转动装置6在Y轴方向上移动，从而可带动固定夹具7的上的镜片在Y轴方向上移动，通过第一转动装置3可带动刀头5转动，使刀头5的刀刃始终与镜片的不同区域垂直接触，抛光效果好，同时镜片之间的一致性好。

更具体地，X轴驱动机构2包括X轴导轨21、X轴滑块22以及X轴直线电机23，X轴导轨21安装在底座1顶部，X轴滑块22滑动设在X轴导轨21上，X轴直线电机23与X轴滑块22连接，第一转动装置3安装在X轴滑块22顶部，通过X轴直线电机23可带动X轴滑块22在X轴导轨21上滑动，X轴滑块22带动第一转动装置3在X轴方向上移动，从而可带动刀头5在X轴方向上移动。

更具体地，Y轴驱动机构5包括Y轴导轨51、Y轴滑块52以及Y轴直线电机53，Y轴导轨51安装在底座1顶部，Y轴导轨51与X轴导轨21相互垂直，Y轴滑块52滑动设在Y轴导轨51上，Y轴直线电机53与Y轴滑块52连接，第二转动装置6安装在Y轴滑块52顶部，通过Y轴直线电机51可带动Y轴滑块52在Y轴导轨51上滑动，从而可带动固定夹具7上的镜片在Y轴方向上移动。

需要说明的是，底座1、X轴导轨21、X轴滑块22、Y轴导轨51、Y轴滑块52采用高等级花岗岩材料制成，利用花岗岩材料经亿万年的老化，质地均匀，结构精密，热稳定性好，强度大，硬度高，能在重负荷下保持高精度等特点，来保证机床精度的稳定性。

需要说明的是，X轴滑块22和Y轴滑块52均为气浮滑块，可使X轴滑块22与X轴导轨21之间和Y轴滑块52与Y轴导轨51之间无接触，提高了X轴滑块22与Y轴滑块52的运动速度，同时气体可对X轴导轨21与X轴滑块22之间和Y轴导轨51与Y轴滑块52之间施加预紧力，提高运动刚度，从而可提高调节精度。

需要说明的是，X轴直线电机23和Y轴直线电机53均为伺服直线电机，伺服直线电机通过直接动力相连的驱动方式杜绝传动链，可防止X轴滑块51和Y轴滑块52运动过程中振动，从而可提高调节精度。

更具体地，第一转动装置3包括转动电机31和转盘32，转动电机31安装在X轴滑块22顶部，转动电机31的转动轴上安装有转盘32，刀头4安装在转盘32顶部，通过转动电机31可带动转盘32转动，从而可带动刀头4转动。

为了使转盘32转动更加平稳，转动电机31外侧安装有外罩33，外罩33顶部设有通孔，外罩33顶部且位于通孔边缘设有限位圈34，转盘32外侧壁与限位圈34内侧壁滑动连接，通过将转盘32外侧壁与限位圈34内侧壁滑动连接，可是转盘32在转动的过程中更加平稳，同时也可在转盘32的刀头5在镜片进行切削抛光时避免转盘32偏移，从而可提高对镜片的加工精度。

为了避免在对镜片进行抛光时碎屑飞溅，外罩33顶部且位于限位圈34四周安装有防尘罩35，通过防尘罩35避免在对镜片进行抛光时碎屑飞溅。

为了达到环保及不损伤已加工表面的目的，防尘罩35底部边缘设有吸尘孔351，吸尘孔351与真空吸尘系统连接，在真空吸尘系统的作用下，抛光过程中产生的碎屑可通过吸尘孔351从防尘罩35内排出，能有效地清理掉防尘罩35内的碎屑，避免碎屑粘附在镜片表面，达到环保及不损伤镜片已加工表面的目的。

为了方便在对刀过程中方便对刀头5的位置进行观察，外罩33外壁安装有第一安装杆36，第一安装杆36上端安装有摄像头37，摄像头37靠近其物镜的从防尘罩35顶部伸入到防尘罩35内，通过摄像头11可观察刀头5的位置，从而可方便对刀的过程中对刀头5的位置进行观察。

需要说明时，第一安装杆1上端向转盘4方向弯曲且设有固定孔，弯曲方向与竖直方向的角度为120度-150度，摄像头11内安装在固定孔内，设计合理。

为了达到保护镜片已加工表面的目的，外罩33外壁还安装有第二安装杆38，第二安装杆38上端安装有涡流管39，涡流管39靠近其出气口一端从防尘罩35侧壁伸入防尘罩35内，涡流管39的进气口与冷风冷却系统连接，冷风冷却系统产生的冷气可通过涡流管39排出，清除镜片表面的碎屑，达到保护镜片已加工表面的目的，同时冷风还可对刀头5进行冷却，防止刀头在切削抛光的过程中刀头4因过热而发生变形，从而可避免影响刀头4的加工精度。

需要说明的是，第二安装杆38外侧壁对称设置有两个第一安装块，两块第一安装板相对一侧均设有第一半圆形凹槽，两个第一半圆形凹槽构成一第一圆形孔，涡流管39设在第一圆形孔内，两块第一安装板远离第二安装杆38的一端通过第一固定螺栓连接，以将涡流管39固定在第一圆形孔内。

需要说明的是，转动电机31为伺服电机，伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，可对刀头5的的位置进行精确调节，对刀精度高。

本实施例中，第二转动装置6为气浮电主轴，气浮电主轴的转动轴依靠气浮轴承支撑，转动轴在转动时不与周边设备发生摩擦，从而有效地提高了转动轴的转动速度，大大减小能量的耗损，同时转动轴在转动过程中振动小，很好地保证了转动轴的低动态偏摆和稳定性，从而更好地提高了加工精度。

需要说明的是，Y轴滑块52顶部对称设置有两个第二安装块，两块第二安装板相对一侧均设有第二半圆形凹槽，两个第二半圆形凹槽构成一第二圆形孔，气浮电主轴设在第二圆形孔内，两块第二安装板远离Y轴滑块52的一端通过第二固定螺栓连接，以将气浮电主轴固定在第二圆形孔内。

具体原理：使用时，镜片可固定在固定夹具7上，通过第二转动装置6可带动固定夹具7上的镜片转动对镜片进行切削抛光，通过X轴直线电机23可带动X轴滑块22在X轴导轨21上滑动，X轴滑块22带动转动电机31在X轴方向上移动、转动电机31带动刀头5在X轴方向上移动，通过Y轴直线电机51可带动Y轴滑块52在Y轴导轨51上滑动，Y轴滑块52带动第二转动装置6在Y轴方向上移动，从而可带动固定结构7上的镜片在Y轴方向上移动，通过转动电机31可带动刀头5转动，使刀头5的刀刃始终与镜片的不同区域垂直接触，抛光效果好，同时镜片之间的一致性好；通过摄像头11可观察刀头5的位置，从而可方便对刀的过程中对刀头5的位置进行观察；在真空吸尘系统的作用下，抛光过程中产生的碎屑可通过吸尘孔351从防尘罩35内排出，能有效地清理掉防尘罩35内的碎屑，避免碎屑粘附在镜片表面，达到环保及不损伤镜片已加工表面的目的。

本发明的有益效果包括：本发明提供了一种超精密纳米机床，通过第二转动装置6可带动固定夹具7上的镜片转动对镜片进行抛光，同时通过X轴驱动机构2可带动第一转动装置3在X轴方向上移动，从而可带动刀头4在X轴方向移动，通过Y轴驱动机构5可带动第二转动装置6在Y轴方向上移动，从而可带动固定夹具7的上的镜片在Y轴方向上移动，通过第一转动装置3可带动刀头5转动，使刀头5的刀刃始终与镜片的不同区域垂直接触，抛光效果好，同时镜片之间的一致性好。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超精密纳米机床，包括底座、X轴驱动机构、第一转动装置、刀头、Y轴驱动机构、第二转动装置以及固定夹具，所述底座顶部安装有X轴驱动机构，所述X轴驱动机构顶部安装有第一转动装置，所述第一转动装置的转动轴上安装有刀头，所述底座顶部还安装有Y轴驱动机构，所述Y轴驱动机构顶部安装有第二转动装置，所述第二转动装置的转动轴的中心轴与刀头的刀刃垂直，所述第二转动装置的转动轴上安装有用于固定镜片的固定夹具。

2.根据权利要求1所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述X轴驱动机构包括X轴导轨、X轴滑块以及X轴直线电机，所述X轴导轨安装在底座顶部，所述X轴滑块滑动设在X轴导轨上，所述X轴直线电机与X轴滑块连接，所述第一转动装置安装在X轴滑块顶部。

3.根据权利要求2所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述Y轴驱动机构包括Y轴导轨、Y轴滑块以及Y轴直线电机，所述Y轴导轨安装在底座顶部，所述Y轴导轨与X轴导轨相互垂直，所述Y轴滑块滑动设在Y轴导轨上，所述Y轴直线电机与Y轴滑块连接，所述第二转动装置安装在Y轴滑块顶部。

4.根据权利要求3所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述X轴滑块和Y轴滑块均为气浮滑块。

5.根据权利要求3所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述X轴直线电机和Y轴直线电机均为伺服直线电机。

6.根据权利要求1的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述第一转动装置包括转动电机和转盘，所述转动电机安装在X轴滑块顶部，所述转动电机的转动轴上安装有转盘，所述刀头安装在转盘顶部，所述转动电机外侧安装有外罩，所述外罩顶部设有通孔，所述外罩顶部且位于通孔边缘设有限位圈，所述转盘外侧壁与限位圈内侧壁滑动连接。

7.根据权利要求6所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述转动电机为伺服电机。

8.根据权利要求6所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述外罩顶部且位于限位圈四周的位置安装有防尘罩，所述防尘罩底部边缘设有吸尘孔。

9.根据权利要求6所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述外罩外侧壁安装有第一安装杆，所述第一安装杆上端安装有摄像头，所述摄像头靠近其物镜的一端从防尘罩顶部伸入到防尘罩内，所述外罩外壁还安装有第二安装杆，所述第二安装杆上端安装有涡流管，所述涡流管靠近其出气口一端从防尘罩侧壁伸入防尘罩内。

10.根据权利要求1所述的一种超精密纳米机床，其特征在于，所述第二转动装置为气浮电主轴。

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