CN117381492A - 一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学加工领域，具体是涉及一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头。弹簧夹头包括连接板、弹簧夹头盖、弹性芯和端面芯。连接板固定在机床上，弹性芯有安装部、夹紧部和贯通的腔体，安装部连接在连接板上，夹紧部有筒夹部和外螺纹部，并带有锥面和开口槽。弹簧夹头盖有配合的内锥面和内螺纹部。端面芯与连接板连接，安装在弹性芯的腔体中，上端面低于腔体，形成夹持区。装配后可通过调整内腔面和上端面来达到所需精度水平。
Description
技术领域
本发明属于光学加工领域，具体是涉及一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头。
背景技术
本发明涉及光学数控加工技术，具体为一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，保证铣槽加工后环形槽与外圆同轴度，及槽底与端面平行度均在0.002mm以内。
部分密闭型光学系统中,含有带环形槽的圆形石英片，圆形石英片上的环形槽，为带金刚砂颗粒的刀具铣削而成，铣槽精度为决定光学系统精度的关键要素之一。因圆形石英片材质硬脆容易崩裂，且铣槽精度要求很高，对工装装夹稳定性及精度提出了更高要求，同时为适应批量生产的情况，该种装夹装置必须简单易用。
数控加工中固定工件，常使用筒夹与筒夹座对工件进行夹紧。该种装夹方式虽然简单易用且可以保证工件夹紧，但实际使用中精度通常最高只能达到0.005mm。而一体成型式的弹簧夹头，装夹精度与使用便利难以兼顾，高精度的弹簧夹头常有因过度配合导致工件卡死、由于弹性不足导致装夹困难的情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明主要针对以上问题，提出了一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其目的是解决现有技术装夹精度差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，所述弹簧夹头包括：
连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯；
所述连接板用于固定连接在机床上；
所述弹性芯包括安装部、夹紧部及中部贯通的腔体，所述安装部固定连接在所述连接板上，所述夹紧部包括上端的筒夹部和下端的外螺纹部，所述筒夹部远离所述连接板的一端具有外锥面；所述筒夹部沿圆周方向开设有若干开口槽，所述开口槽从所述外锥面沿所述连接板的方向延伸至所述筒夹部的中段；
所述弹簧夹头盖具有与所述外锥面配合的内锥面，以及具有与所述外螺纹部螺纹连接的内螺纹部；
所述端面芯固定连接在所述连接板上，且安装在所述弹性芯的腔体中，所述端面芯的上端面的高度低于所述腔体，使所述端面芯的上端面与所述弹性芯之间留有装夹工件的夹持区。
进一步地，所述连接板的材料为高强度钢，且所述连接板上开设置有通孔，所述连接板通过装夹螺钉穿设所述通孔连接机床。
进一步地，所述弹性芯和所述端面芯均通过装夹螺钉安装在所述连接板上，所述装夹螺钉都朝向弹簧夹头的工件装夹侧。
进一步地，所述连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯同轴设置。
进一步地，若干所述开口槽组合成十字型开口槽。
进一步地，所述端面芯为柱状结构，其外壁与所述弹性芯的腔体之间留有间隙。
进一步地，所述连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯均采用热膨胀系数一致的材料制成。
进一步地，所述弹性芯和端面芯的表面经过抛光处理。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，在使用该超高精度弹簧夹头进行圆形石英片铣槽加工之前，需要将弹簧夹头的不同部分(即连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯)进行调整和对准，以确保其初始精度。具体操作包括在高精度数控机床上对准弹簧夹头的弹性芯、端面芯和连接板的不同面，在装配完毕后，由于是分体式设计，可以通过修整弹性芯的内腔面以及端面芯的上端面，使其达到所需的精度水平；通过这些调整和对准步骤，可以确保弹簧夹头在加工过程中具有良好的初始精度，从而保证铣槽加工后的环形槽与外圆同轴度，并且槽底与端面平行度均在0.002mm以内。
附图说明
图1为本申请披露的一种连接板的结构示意图。
图2为本申请披露的一种弹簧夹头盖的结构示意图。
图3为本申请披露的一种弹簧夹头弹性芯的结构示意图。
图4为本申请披露的一种弹簧夹头端面芯的结构示意图。
图5为本申请披露的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头的整体装配结构示意图。
图中所示的附图标记：1、连接板；2、弹簧夹头盖；3、弹性芯；4、端面芯；30、安装部；31、夹紧部；310、筒夹部；311、外螺纹部；310-1、外锥面；310-2、开口槽；3000、腔体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，该弹簧夹头整体由四部分构成，包括如图1所示的连接板1、如图2所示的弹簧夹头盖2、如图3所示的弹性芯3及如图4所示的端面芯4。
图5为该弹簧夹头的整体结构图，其中，连接板1用于固定连接在机床上；弹性芯3包括安装部30、夹紧部31及中部贯通的腔体3000，安装部30固定连接在连接板1上，夹紧部31包括上端的筒夹部310和下端的外螺纹部311，筒夹部310远离连接板1的一端具有外锥面310-1，其外锥面310-1的开口朝内；筒夹部310沿圆周方向开设有若干开口槽310-2，开口槽310-2从外锥面310-1沿连接板1的方向延伸至筒夹部310的中段，若干的开口槽310-2组合成十字型结构，使该开槽的部分具有弹性，以便装夹待加工工件；弹簧夹头盖2具有与外锥面310-1配合的内锥面，以及具有与外螺纹部311螺纹连接的内螺纹部，在对待加工工件装夹时，将待加工工件置入腔体3000处，转动弹簧夹头盖2，弹簧夹头盖2沿着中轴线方向移动，内锥面挤压外锥面310-1使筒夹部310发生形变，使夹口缩小，进而实现对待加工工件的装夹。另外，端面芯4固定连接在连接板1上，且安装在弹性芯3的腔体3000中，端面芯4的上端面B的高度低于腔体，使端面芯4的上端面B与弹性芯3之间留有装夹工件的夹持区，可以理解的是，待加工工件装夹于弹性芯3的内腔面A以及端面芯4的上端面B。
在使用该超高精度弹簧夹头进行圆形石英片铣槽加工之前，需要将弹簧夹头的不同部分进行调整和对准，以确保其初始精度。具体操作包括在高精度数控机床上对准弹性芯3、端面芯4和连接板1的不同面，并修整弹性芯3的内腔面A以及端面芯4的上端面B。通过这些调整和对准步骤，可以确保弹簧夹头在加工过程中具有良好的初始精度，从而保证铣槽加工后的环形槽与外圆同轴度，并且槽底与端面平行度均在0.002mm以内。
修整弹性芯3的内腔面A以及端面芯4的上端面B需要进行精细的调整和加工，例如，使用高精度测量工具，如千分尺、显微镜或光学投影仪等，检查弹性芯3的内腔面A以及端面芯4的上端面B的初始状态。记录任何存在的偏差或不平整情况；使用适当的加工设备，如数控机床或平面磨床，根据记录的偏差情况，对弹性芯3的内腔面A以及端面芯4的上端面B进行修整。在修整过程中，通过测量工具反复检查修整后的内腔面A以及上端面B的精度，确保其符合要求。可以根据需要进行多次修整，直到达到所需的精度水平。
在本实施例中，连接板1的材料为高强度钢，保证各组件间形变隔离，该连接板1上开设置有通孔，连接板1通过装夹螺钉穿设通孔连接机床。
在本实施例中，弹性芯3和端面芯4均通过装夹螺钉安装在连接板1上，装夹螺钉都朝向弹簧夹头的工件装夹侧，以保证安装便利。
在本实施例中，连接板1、弹簧夹头盖2、弹性芯3及端面芯4同轴设置，确保其装夹精度。
在本实施例中，端面芯4为柱状结构，其外壁与弹性芯3的腔体面A之间留有间隙，使其在某一部件发生形变时，不影响其它部位的精度。
在本实施例中，连接板1、弹簧夹头盖2、弹性芯3及端面芯4均采用热膨胀系数一致的材料制成，以确保在温度变化时装夹精度的稳定性。
在本实施例中，弹性芯3和端面芯4的表面经过抛光处理，以减少与工件接触时的摩擦和磨损，提高装夹精度的稳定性。
弹性芯3尺寸经过计算与Anasys仿真，保证夹紧过程中夹紧力符合人体力学的舒适范围。
以适配的螺钉力矩与适配的材料弹性系数减轻弹性变形对装夹精度的影响。
通过本实施例的弹簧夹头，其装夹加工精度好，加工后环形槽与外圆同轴度，及槽底与端面平行度均在0.002mm以内。又由于加工稳定，工装装配连接紧密，不会产生额外刀纹，并且安装方式简单，打表容易，装夹方便，可以实现超高精度的装夹加工。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
1)安装时使用力矩扳手进行螺钉锁紧，力矩扳手调至5Nm。
2)将连接板1安装至高精度数控机床上，打表C面对中，对中精度0.005mm。
3)将端面芯安装至连接板上，打表E面对中，对中精度0.005mm。
4)将弹性芯安装至连接板上，打表D面对中，对中精度0.005mm。
5)高精度数控机床编程，根据加工工件尺寸修弹性芯A面，端面芯B面。
6)安装弹簧夹头盖。
7)安装工件，检验工装精度。
需要说明的是，"打表C、D、E面对中"指的是在装配过程中，将具体部件(如连接板1、端面芯4和弹性芯3)安装到数控机床上后，使用测量工具(例如千分尺或者激光对中仪)来检查并调整部件C、D、E面的位置，使其与机床的参考坐标轴对齐。
综上所述，本发明提供的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，通过开创性的调整弹簧夹头结构，解决了圆形石英片铣槽加工中定位精度与易用性难以兼顾的问题,保证铣槽加工后环形槽与外圆同轴度，及槽底与端面平行度均在0.002mm以内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述弹簧夹头包括：
连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯；
所述连接板用于固定连接在机床上；
所述弹性芯包括安装部、夹紧部及中部贯通的腔体，所述安装部固定连接在所述连接板上，所述夹紧部包括上端的筒夹部和下端的外螺纹部，所述筒夹部远离所述连接板的一端具有外锥面；所述筒夹部沿圆周方向开设有若干开口槽，所述开口槽从所述外锥面沿所述连接板的方向延伸至所述筒夹部的中段；
所述弹簧夹头盖具有与所述外锥面配合的内锥面，以及具有与所述外螺纹部螺纹连接的内螺纹部；
所述端面芯固定连接在所述连接板上，且安装在所述弹性芯的腔体中，所述端面芯的上端面的高度低于所述腔体，使所述端面芯的上端面与所述弹性芯之间留有装夹工件的夹持区。
2.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述连接板的材料为高强度钢，且所述连接板上开设置有通孔，所述连接板通过装夹螺钉穿设所述通孔连接机床。
3.如权利要求2所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述弹性芯和所述端面芯均通过装夹螺钉安装在所述连接板上，所述装夹螺钉都朝向弹簧夹头的工件装夹侧。
4.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯同轴设置。
5.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，若干所述开口槽组合成十字型开口槽。
6.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述端面芯为柱状结构，其外壁与所述弹性芯的腔体之间留有间隙。
7.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述连接板、弹簧夹头盖、弹性芯及端面芯均采用热膨胀系数一致的材料制成。
8.如权利要求1所述的一种用于圆形石英片铣槽加工的超高精度弹簧夹头，其特征在于，所述弹性芯和端面芯的表面经过抛光处理。
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