[发明专利]小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床

说明书

小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，属于精密及超精密加工技术领域。本发明针对的是具有内凹面的小尺寸薄壁复杂结构件的超精密磨削加工较为困难的问题。本发明采用小尺寸球头砂轮以斜轴磨削方式对零件进行加工，砂轮主轴通过转台安装于Z轴运动平台上形成斜轴磨削装置，X、Y运动平台通过“十字”堆叠形式构成精密二维装置实现二维的平面运动。通过多轴控制系统控制运动平台实现四轴联动，形成零件的加工轨迹，并与主轴倾斜和转台旋转相配合避免加工过程中干涉的产生。同时具有磨削和电火花砂轮在位修整两工位，实现加工过程中球头砂轮的在位修整。本发明用于小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用。

技术领域

本发明属于精密及超精密加工技术领域。

背景技术

当前精密及超精密加工技术在尖端产品、国防工业和微电子工业等相关领域中占有重要的地位。相关行业对所需求的零件也提出了越来越高的加工要求，不仅要求具有较高的面形精度、表面粗糙度和较低的亚表层损伤，而且零件形状也更加复杂化、材料多样化，除了传统的塑性金属材料，也向脆性的非金属材料发展。而随着超精密磨削技术的不断发展，尤其是具有诸多优点的超硬磨料磨削技术，在该类零件的加工中起到了不可替代的作用。

在航空航天领域中，相关的核心部件也具有小型化和结构异形化的发展趋势。例如一种Ψ形元件，其总体尺寸小于50mm，口径小于40mm，壁厚小于1.5mm，最小加工曲率半径小于2mm。是一种典型的薄壁复杂结构件。采用传统的垂直轴磨削方式时，由于零件的内、外表面和内、外杆均需要进行超精密磨削加工，同时零件的口径较小，加工砂轮及相关零部件极易与工件干涉，损坏工件，造成加工失败，因此无法满足该类零件的加工要求。同时该零件采用较为难加工的熔融石英作为原材料，超精密磨削过程中砂轮磨损较为严重，会对加工工件的面形精度带来不可忽视的影响，并且也会恶化加工表面质量。同时较高的面形精度要求和较薄的壁厚，决定加工装置应具有良好的静动态特性。因此为了满足在加工过程中可以避免干涉的产生，同时也可以对砂轮进行在位修整，对具有良好的静动态特性的超精密磨削机床提出了需求。

发明内容

本发明是针对具有内凹面的小尺寸薄壁复杂结构件的超精密磨削加工较为困难的问题，提出了一种小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床。

本发明所述的小尺寸薄壁复杂结构件超精密磨削用机床，它包括机床基座1、Y轴直线运动平台2、X轴直线运动平台3、风琴防护罩支架4、风琴防护罩5、竖直结构件7、工件主轴8、工件主轴固定装置9、修整电极主轴10、电火花修整工具电极11、电火花修整供电装置12、超精密直线运动平台13、修整电极主轴固定装置14、超精密直线定位平台15、一维精密微调位移平台16、Z轴运动平台17、转台连接件18、直驱精密转台19、砂轮主轴20、砂轮主轴固定装置21、小直径半球头砂轮22、CCD对刀监控装置23和工作台24；

机床基座1包括底座和上层四个挡块，所述四个挡块的底边均垂直设置在底座的上表面，且四个挡块依次连接构成矩形框；

Y轴直线运动平台2固定在机床基座1的上表面，X轴直线运动平台3通过定位销和螺钉固定在Y轴直线运动平台2的上表面，所述X轴直线运动平台3的运动轴线与Y轴直线运动平台2的运动轴线相互垂直；X轴直线运动平台3的运动部件通过螺钉与工作台24连接，工作台24的T形槽的方向与X轴运动方向相同；

工件主轴固定装置9、超精密直线运动平台13、电火花修整供电装置12和CCD对刀监控装置23均固定在工作台24的上表面；

工件主轴8装夹在工件主轴固定装置9上，修整电极主轴固定装置14固定在超精密直线运动平台13上，修整电极主轴10装夹在修整电极主轴固定装置14上，CCD对刀监控装置23用于安装CCD相机，机床基座1上层四个挡块的内侧和X轴直线运动平台3的四周均固定有风琴防护罩支架4；风琴防护罩5包括四部分，分别通过风琴防护罩支架4装设在机床基座1上层四个挡块与X轴直线运动平台3之间；