CN204019261U - 一种微细沟槽超精密加工机床 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微细沟槽超精密加工机床，特别是一种集成了刀具刃磨装置的微细沟槽超精密加工机床，该机床主要应用于LCD光学导光板表面微槽加工，具有空气弹簧的大理石床身上装有Y轴滑台，Y轴滑台上设有Z轴滑台，Z轴滑台装有Z轴电机和金刚石刀具。X轴滑台上设置有真空吸盘，CCD镜头以及刀具刃磨主轴。本实用新型在单台床体上集成在位刀具刃磨装置和高倍CCD镜头检测装置，结合检测装置和刀具再刃磨装置，实现了刀具的在位刃磨，有效地减少了刀具装夹引起的加工误差，提高了加工效率和加工精度。
Description
技术领域
本实用新型属于超精密加工技术领域，具体涉及一种微细沟槽超精密加工机床，特别是一种集成了刀具刃磨装置的微细沟槽超精密加工机床，该机床主要应用于LCD光学导光板表面微槽加工。
背景技术
在零部件表面加工出微结构阵列，可以产生多种新的功能特性，使得工作系统性能更高、结构更小、能耗更低。近年来，随着光电产业的飞速发展，特别是LED和LCD技术的快速发展，导光板作为光电设备的重要零件，其加工方法和设备受到广大研究机构和公司的关注。导光板是由许多微小沟槽组成，这些微细沟槽的表面质量直接决定着导光板的亮度和均匀度，因此微细沟槽必须具有亚微米级的形状精度、纳米级的表面粗糙度和极小的亚表面损伤。
目前，导光板的主流加工技术主要是有印刷式和非印刷式两种，印刷式也就是化学加工方法，由于化学方法表面主要依赖光、化学等蚀刻加工，因此其效率极低、成本过高，且有难处理的腐蚀液体。非印刷式也就是机械加工方法，该加工方法首先制造出超精密导光板模具，然后再用超精密的模具压制出所需的导光板产品。该方法不仅具有环保高效，产品光学特性佳特点，而且相对于传统加工方法能够增加10%的辉度值，可以减少光学产品光透射率的损失，有助于产品整体性能的提升。
上述导光板模具的机械加工，一般采用单向运动的刨削方式，通过利用金刚石刀具，把工件置于能实现微小进给的气/液导轨上，通过微切削方式实现导光板微细沟槽的加工。采用上述加工方式的缺陷是，由于导光板模具为不锈钢镀镍材质，加工时，由于工件与金刚石刀具长时间处于加工状态，金刚石刀具经过长时间的加工后，容易磨钝，从而造成金刚石刀具的损害，严重影响加工表面质量，因此该种加工方式要求及时更换刀具来保证加工质量。由于多次换刀和装夹，这样会带来安装误差、对刀误差等影响加工精度的后果；同时多次装夹消耗了更多的辅助工时，降低了加工效率。
发明内容
本实用新型的目的是根据背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种微细沟槽超精密加工机床，使用该机床集成的在位刀具再刃磨装置，并结合在位测量加工技术，减少安装误差、对刀误差以提高加工精度和工作效率，且能防止因刀具损害造成的零件表面质量缺陷，特别适用于导光板光学元件及其模具的高效制造与稳定生产。
本实用新型的技术解决方案是提供一种微细沟槽超精密加工机床，其特征在于：包括床身底座、固定在床身底座上表面四角位置的空气弹簧、安装在空气弹簧上的大理石床身、安装在大理石床身上表面且互相垂直的Y轴滑台和X轴滑台、设置在Y轴滑台上的Z轴滑台，其中：
所述X轴滑台上后侧设有用于装夹工件的真空吸盘、前侧设有刀具刃磨主轴，并通过直线电机的电磁推力实现X轴前后往复移动，所述真空吸盘右侧设有CCD镜头；所述Z轴滑台上设有Z轴电机、Z轴减速机和金刚石刀具，金刚石刀具通过滚珠丝杆实现Z轴上下往复移动，并通过刀具刃磨主轴实现在线刃磨；所述Y轴滑台通过直线电机的电磁推力实现Y轴左右往复移动；所述的X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台通过伺服驱动单元驱动控制。
本实用新型的优点及有益效果是：
a.在单台机床上集成了刀具刃磨装置，在同一台机床实现了金刚石刀具再刃磨，一次性装夹，减少了安装误差、对刀误差等，提高了加工精度和效率；
b.在单台机床上安装CCD镜头，有利于及时判断工件的表面质量以及刀具的基本情况，成而提高了加工效率和质量；
c.采用超精密的机床导轨，加工路径的可控性好，可连续进行超精密刨削加工。
附图说明
图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
图中标示为：
1—Y轴滑台 ，2—Z轴电机，3—Z轴减速机，4—Z轴滑台，5—金刚石刀具， 6—真空吸盘，7—CCD镜头，8—床身底座，9—空气弹簧，10—刀具刃磨主轴，11—伺服驱动单元，12—大理石床身, 13—X轴滑台。
具体实施方式
由图1可知，本实用新型具有上表面四角分别带有空气弹簧9的床身底座8，在空气弹簧9上方置放有大理石床身12，可以通过调节空气弹簧9来调节大理石床身12的高度和水平。所述大理石床身12上左表面一侧安装有Y轴滑台1，Y轴滑台1在直线电机的电磁推力驱动下可以实现Y轴左右自由往复移动。Z轴滑台4置于Y轴滑台1上， Z轴滑台4上包含有Z轴电机2，通过滚珠丝杆控制金刚石刀具5实现Z轴上下自由往复移动，同时，Z轴减速机3能够调节刀具上下移动的速度。
所述大理石床身12上表面另一侧对应所述X轴滑台13，X轴滑台13在直线电机的电磁推力驱动下可以实现X轴前后自由往复移动，在所述X轴滑台13上方一侧设置有真空吸盘6可用于装夹和固定加工工件。在真空吸盘6的后方放置有CCD镜头7，该CCD镜头7可用于在位观测工件和刀具的基本情况。在所述X轴滑台13上方另一侧设置有刀具刃磨主轴10，可以通过该主轴实现金刚石刀具5的在位刃磨，所有的主轴滑台通过伺服驱动单元11来进行控制驱动。
本实用新型的工作原理：
X轴滑台13上集成刀具刃磨主轴10，且该刀具刃磨主轴10与真空吸盘6处于同一条平行线上，两者相隔的距离一定。加工时，首先将工件安装在真空吸盘6上，使金刚石刀具5在工件表面来回自由刨削加工，实现导轨板模具的超精密加工。加工完成后，采用CCD镜头7对工件和刀具进行在位检测，依据检测结果判断刀具的磨损情况，如果金刚石刀具已发生磨损，将刀具刃磨主轴水平移至金刚石刀具5下方，对金刚石刀具5进行超精密的再刃磨。由于该机床集成了刀具刃磨装置和CCD镜头，可以对工件和刀具进行在位的实时观测和对金刚石刀具进行在位刃磨。该加工机床可以有效地减少安装误差、对刀误差以提高加工精度和工作效率。同时，由于采用直线电机驱动滑台移动，精度高，加工路径可控性好，从而可以获得较高的工件表面质量。
本实用新型的实施例采用带减震器的超精密加工机床，利用分布其四角的空气弹簧9为天然大理石床身12创造平稳加工环境。
Y轴滑台1的静压导轨采用气体静压花岗岩导轨，铺设安装在大理石床身12上表面左侧，Y轴滑台1采用铝合金铸造成形，呈夹持状安装在上述静压导轨之间。使该Y轴滑台1在所述直线电机的电磁推力驱动下，可在所述Y轴滑台1上沿大理石床身12的Y轴方向自由往复平移。在Y轴滑台1上设置可夹持式装卸金刚石刀具5。Z轴滑台4置于Y轴滑台1上， Z轴滑台4通过伺服电机，利用滚珠丝杆传动方式实现金刚石刀具5在Z轴上下自由往复移动，同时，利用Z轴减速机3调节刀具上下移动的速度。
X轴滑台13的静压导轨采用气体静压花岗岩导轨，铺设安装在大理石床身12上表面左侧，X轴滑台13采用铝合金铸造成形，呈夹持状安装在上述静压导轨之间。使该X轴滑台13在所述直线电机的电磁推力驱动下，可在所述X轴滑台13上沿大理石床身12的Y轴方向自由往复平移。
在所述X轴滑台13上方一侧设置有真空吸盘6，通过空气负压作用将工件装夹在真空吸盘上，在真空吸盘6的后方放置有高倍的CCD镜头7。该CCD镜头7可用于在位观测工件和刀具的基本情况，可以用于判断工件表面质量和刀具磨损的基本情况。在所述X轴滑台13上方另一侧设置有刀具刃磨主轴10，该刃磨主轴上含有超精密的空气主轴，采用市售的微粉砂轮对金刚石刀具进行在位的再刃磨，所有的主轴滑台通过伺服驱动单元11来进行控制驱动。
由此构成的本实用新型使用效果显著，完全达到设计要求。该机床在单台床体上集成刀具再刃磨装置以及高倍CCD镜头，结合超精密的检测和刃磨装置，并在工件的加工过程中，实时跟踪刀具的磨损情况和零件表面质量，实现工件的超精密加工，提高了加工效率。
本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (3)
1.一种微细沟槽超精密加工机床，其特征在于：包括床身底座（8）、固定在床身底座（8）上表面四角位置的空气弹簧（9）、安装在空气弹簧（9）上的大理石床身（12）、安装在大理石床身（12）上表面且互相垂直的Y轴滑台（1）和X轴滑台（13）、设置在Y轴滑台（1）上的Z轴滑台（4），其中：
所述X轴滑台（13）上后侧设有用于装夹工件的真空吸盘（6）、前侧设有刀具刃磨主轴（10），并通过直线电机的电磁推力实现X轴前后往复移动，所述真空吸盘（6）右侧设有CCD镜头（7）；
所述Z轴滑台（4）上设有Z轴电机（2）、Z轴减速机（3）和金刚石刀具（5），金刚石刀具（5）通过滚珠丝杆实现Z轴上下往复移动，并通过刀具刃磨主轴（10）实现在线刃磨；
所述Y轴滑台（1）通过直线电机的电磁推力实现Y轴左右往复移动；
所述的X轴滑台（13）、Y轴滑台（1）、Z轴滑台（4）通过伺服驱动单元（11）驱动控制。
2.根据权利要求1所述的一种微细沟槽超精密加工机床，其特征在于：所述的X轴滑台（13）、Y轴滑台（1）的静压导轨采用气体静压花岗岩导轨。
3.根据权利要求1或2所述的一种微细沟槽超精密加工机床，其特征在于：所述的X轴滑台（13）、Y轴滑台（1）采用铝合金铸造成型，且呈夹持状安装在静压轨道之间。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141217 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |