[发明专利]一种刀具伺服微进给机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种零件加工位移机构，尤其是涉及一种刀具伺服微进给机构。

背景技术

近年来，非圆截面零件和非轴对称（即非旋转对称）光学元件分别在机械工业和光电产业中得到了广泛应用。这些零件表面轮廓非对称、形状复杂、精度要求高，传统加工方法如靠模仿形加工、研磨抛光、电化学腐蚀、光刻等的加工效率较低，加工精度一致性差，难以满足需求。非圆数控车削和非轴对称车削分别是加工这两类零件的有效方法，可实现零件的高效率、高精度、柔性化加工，具有显著的经济效益。

非圆数控车削和非轴对称车削的一项共同关键技术是在车床上安装具有快速响应能力的刀具微进给伺服系统，又称为快速刀具伺服机构（fast tool servo，FTS）、快速伺服刀架或快刀伺服。在车削过程中，主轴带动工件旋转，刀具在FTS的驱动下，以与主轴转速相关联的频率沿工件径向（对于非圆车削）或轴向（对于非轴对称车削）做往复进给运动，从而加工出工件的非圆截面轮廓或非轴对称端面。在非圆数控车削中，FTS的应用实例有加工内燃机活塞轮廓、凸轮轴、凸轮、非圆轴承内轮廓等，国防科学技术大学非圆技术中心、清华大学精密仪器与机械学系等在该领域进行了大量的研究工作。在非轴对称车削中，采用天然单晶金刚石作为刀具，在FTS驱动下车削光学元件的非轴对称表面，可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形状精度和很低的表面粗糙度，可加工的典型非轴对称元件包括自由曲面透镜/镜面、微镜阵列、微沟槽阵列等。近年来，这种方法在光学元件加工中得到了广泛的研究和应用。

微进给机构一般指行程范围为毫米级，位移分辨率及定位精度达到纳米级(甚至亚纳米级)的位移机构。微进给机构通常由微位移器和精密导轨两部分组成，其技术研究不仅关系到超精密车床研制，而且是精密机械、微电子、生物工程等多种学科赖以发展的基础。如：随着微电子技术向大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)方向发展，线条越来越细化，16KM动态RAM线宽已缩小到0.07μm左右，对于相应的工艺设备(如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束和X射线曝光机及其检测设备等)提出了更高的要求，要求这些设备的定位精度为线宽的1／3～1／5，即亚微米甚至纳米级的精度。可见，微进给技术是实现纳米级加工精度和提高各学科水平的关键所在。因此，开展微进给机构的研究非常有必要而且具有广阔的应用前景。

中国专利CN102091962A公开一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，涉及一种变椭圆活塞加工设备，设有基座、柔性铰链、限位开关、光栅尺定尺、光栅尺动尺、固定块、转接盘、音圈电机定子、音圈电机转子、传动轴、碟形弹簧、端盖和滚动轴承。柔性铰链和光栅尺定尺固定在基座上，光栅尺动尺固定在固定块上并与柔性铰链连接，限位开关固定在设于基座上的凸台顶部；音圈电机动子与转接盘固定，定子固定在基座的后壁上；传动轴固定在转接盘上，转接盘固定在柔性铰链上，传动轴后部设有蝶形弹簧，滚动轴承穿过传动轴与设于基座后壁上的通孔并固定，端盖固定在基座上。该微进给机构不仅具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高等优点，而且采用零传动，可消除传统的螺杆间隙误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高频响、高精度、较大行程、多重缓震、双重预紧、良好的刀具的切削刚度、较好的力的传导性等特点的基于音圈电机的快速刀具伺服微进给机构。

本发明设有柔性铰链、基座、弹性连杆、转接盘、弹性连杆调节螺母、端盖、弹簧调整螺母、音圈电机定子、音圈电机转子、空气静压导轨内轨、电容位移传感器、传感器支撑架、空气静压导轨外轨、车刀、刀头夹具、传动轴、预紧螺母和碟形弹簧。

所述柔性铰链设有内圈和外圈，转接盘固定在内圈的球面部分上，转接盘与音圈电机转子固定，音圈电机定子固定在外圈的后壁上，传动轴固定在转接盘上，设于传动轴后部的4个碟形弹簧通过轴肩和弹簧调整螺母实现其定位，预紧螺母固定在基座的后壁上，端盖与预紧螺母固定，弹簧调整螺母与端盖配合并顶在碟形弹簧上，4根弹性连杆穿过柔性铰链和基座，4根弹性连杆两端与弹性连杆调节螺母配合以实现预紧作用，空气静压导轨内轨固定在内圈的平面部分，空气静压导轨外轨固定在外圈上，刀头夹具固定在空气静压导轨内轨上，电容位移传感器固定在传感器支撑架上，传感器支撑架固定在外圈上，柔性铰链整体固定在基座上。