專利名稱：一種多用平面磨床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨床，特別涉及一種多用平面磨床。
背景技術(shù)：
光學(xué)元件的高精度加工通常包括磨邊、粗磨、半精磨、精磨、倒角等多個工序，各工序都在平面磨床上完成。從批量化生產(chǎn)的角度來講，光學(xué)元件這樣多工序集中在一臺磨床上的加工效率較低，加工過程中由于各工序不同的定位裝夾、砂輪工具更換等造成的大量非加工時間存在。因此開發(fā)專門的設(shè)備來完成磨邊、砂輪修整等簡單工序，十分必要。平面磨床由于其結(jié)構(gòu)簡單，機床總體精度可以較高，非常適用于各類光學(xué)元件的加工。平面磨床采用XYZ三軸移動，可以完成砂輪在空間的移動動作，同時采用非球面平行磨削技術(shù)加工凸球面與非球面元件(見參考文獻:中國專利200710009306.3，《非軸對稱非球面光學(xué)元件的平行磨削方法》；論文:《平行磨削非軸對稱非球面光學(xué)元件表面形貌》，強激光與粒子束，2012，24 (6):1391-1395)，可以獲得很好的加工效果。在已有的工序中，磨床為了滿足磨邊加工的需求，需要在設(shè)計階段預(yù)留較大的垂向行程，而較大的行程降低了機床的整體精度，同時降低了工件的加工精度。此夕卜，由于加工中砂輪修整的需要，需要在每臺磨床上專門配備砂輪修整器(見中國專利200710009486.5，《杯狀砂輪修整器》)，這樣不僅增加了重量，而且砂輪修整器的引入也導(dǎo)致在機床設(shè)計行程的增加，降低了機床的總體精度。在生產(chǎn)車間每臺超精密磨床都配備了砂輪修整器，但是由于砂輪修整并不是一直在進行，所以降低了設(shè)備的使用率也增加了企業(yè)的運營成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前光學(xué)元件多工序集中于同一臺磨床上而導(dǎo)致光學(xué)元件批量化加工效率低下、機床利用率不高等問題，提供可以滿足不同磨床上所使用的不同法蘭盤錐度的砂輪修整，同時滿足光學(xué)元件加工與磨邊需求的一種多用平面磨床。本發(fā)明設(shè)有階梯工作臺、工作臺底座、砂輪修整器、底座、立柱、主軸支架、主軸本體、主軸軸伸、主軸電機、砂輪、法蘭盤、X軸伺服電機、X軸滾珠絲杠、X軸導(dǎo)軌、Y軸伺服電機、Y軸滾珠絲杠、Y軸導(dǎo)軌、Z軸伺服電機、Z軸滾珠絲杠、Z軸導(dǎo)軌、電磁臺。所述Z軸導(dǎo)軌對稱布置在底座的上表面兩邊，立柱通過Z軸導(dǎo)軌與底座相連接，Z軸滾珠絲杠位于Z軸導(dǎo)軌的中間，所述Z軸滾珠絲杠的一端與立柱的底部相連接，Z軸伺服電機固定在底座的外部并通過Z軸滾珠絲杠帶動立柱移動；Y軸導(dǎo)軌對稱布置在立柱的側(cè)面，Y軸滾珠絲杠通過其自帶的驅(qū)動螺母固定在立柱的頂部并設(shè)置在Y軸導(dǎo)軌的中間，Y軸滾珠絲杠的底端與主軸支架相連接，Y軸伺服電機設(shè)置在立柱的頂部并通過Y軸滾珠絲杠帶動主軸支架進行垂向的移動；主軸本體放置在主軸支架的內(nèi)部并通過聯(lián)軸器與主軸電機相連，主軸本體的另一端通過鎖緊調(diào)整螺釘與錐形主軸軸伸或圓柱形主軸軸伸固定，砂輪通過法蘭盤與主軸軸伸相配合；x軸導(dǎo)軌有2根分別布置在工作臺底座上表面的高處與低處，階梯工作臺底部通過螺釘與X軸導(dǎo)軌相連接，X軸滾珠絲杠設(shè)置在X軸導(dǎo)軌之間且在工作臺底座上表面的高處，X軸伺服電機設(shè)置在工作臺底座的側(cè)面，通過X軸滾珠絲杠帶動階梯工作臺進行移動，工作臺底座通過螺釘與底座相連接；杯形砂輪修整器通過螺釘固定在階梯工作臺上表面的一側(cè)，跟隨階梯工作臺的移動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，整臺機床由X、Y、Z三個移動軸、主軸系統(tǒng)、立柱與底座組成；結(jié)構(gòu)調(diào)整方便，主軸本體和主軸軸伸通過螺釘鎖緊，通過某幾個螺釘鎖緊可以方便實現(xiàn)主軸軸伸與主軸本體配合的圓度調(diào)整，保證分段主軸具有高旋轉(zhuǎn)精度；同時主軸本體前端設(shè)有凸臺，用于主軸軸伸與主軸本體裝配的精確定位。本發(fā)明所采用的主軸分段結(jié)構(gòu)，分為主軸本體、主軸軸伸。本發(fā)明可以根據(jù)不同磨床砂輪法蘭盤錐度來更換對應(yīng)的主軸軸伸，配合砂輪修整器的使用，即可實現(xiàn)將不同磨床的修整工序統(tǒng)一到本發(fā)明的專用機床設(shè)備上。砂輪修整過程中，機床提供修整器往復(fù)運動以及被修整砂輪的旋轉(zhuǎn)運動，而修整器提供修整砂輪旋轉(zhuǎn)運動、進給運動以及擺動運動，利用直線包絡(luò)原理完成高精度修整。本發(fā)明的機床工作臺部分由水平方向調(diào)整為階梯結(jié)構(gòu)，使工件可以垂直的放置在階梯工作臺的低處，以減小光學(xué)元件磨邊過程中對垂向行程的要求，提高整個機床的精度；本發(fā)明機床不僅使用杯型砂輪修整裝置，同時可以在階梯工作臺的另一側(cè)配置電解砂輪修整裝置，完成金屬基砂輪的修整，滿足不同類型砂輪的修整需求。


圖1本發(fā)明實施例的等軸測視圖。圖2本發(fā)明實施例的俯視圖。圖3本發(fā)明實施例階梯形工作臺部分的側(cè)視圖。圖4本發(fā)明實施例主軸部分的等軸側(cè)視圖。圖5本發(fā)明實施例磨邊加工的示意圖。以下給出各圖中的各主要部件的代號:1-底座，2-1軸導(dǎo)軌，3-立柱，4-Y軸伺服電機，5_Y軸滾珠絲杠，6_Υ軸導(dǎo)軌，7-主軸支架，8-砂輪，9-法蘭盤，10-錐形主軸軸伸，11-杯形砂輪修整器，12-階梯工作臺，13-工作臺底座，14-Χ軸伺服電機，15-Ζ軸滾珠絲杠，16-Ζ軸伺服電機，17-Χ軸直線導(dǎo)軌，18-Χ軸滾珠絲杠，19-主軸本體，20-圓柱形主軸軸伸，21-鎖緊調(diào)整螺釘，22-電磁臺，23-工件，24-工件擋板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述。如圖1 5所示，本發(fā)明實施例設(shè)有底座1、Ζ軸導(dǎo)軌2 (有2根且對稱設(shè)置)、立柱
3、Υ軸伺服電機4、Υ軸滾珠絲杠5、Υ軸導(dǎo)軌6 (有2根且對稱設(shè)置)、主軸支架7、砂輪8、法蘭盤9、主軸軸伸10、杯形砂輪修整器11、階梯工作臺12、工作臺底座13、Χ軸伺服電機14、Z軸滾珠絲杠15、Z軸伺服電機16、X軸直線導(dǎo)軌17 (有2根)、X軸滾珠絲杠18、主軸本體19、主軸電機(圖中無法標出)、圓柱形主軸軸伸20、鎖緊調(diào)整螺釘21、電磁臺22、工件23、工件擋板24。所述Z軸導(dǎo)軌2對稱布置在底座I的上表面兩邊，立柱3通過Z軸導(dǎo)軌2與底座I相連接，Z軸滾珠絲杠15位于Z軸導(dǎo)軌22的中間其一端與立柱3的底部相連接，Z軸伺服電機16固定在底座I的外部，并通過Z軸滾珠絲杠15帶動立柱3移動；Y軸導(dǎo)軌6對稱布置在立柱3的側(cè)面，Y軸滾珠絲杠5通過其自帶的驅(qū)動螺母固定在立柱3的頂部并設(shè)置在Y軸導(dǎo)軌6的中間，Y軸滾珠絲杠5的底端與主軸支架7相連接，Y軸伺服電機4設(shè)置在立柱3的頂部并通過Y軸滾珠絲杠5帶動主軸支架進行垂向的移動；主軸本體19放置在主軸支架7的內(nèi)部并通過聯(lián)軸器與主軸電機相連，主軸本體19的另一端通過6個鎖緊調(diào)整螺釘21與錐形主軸軸伸10或圓柱形主軸軸伸20固定，砂輪8通過法蘭盤9與主軸軸伸相配合；Χ軸導(dǎo)軌17有2根分別布置在工作臺底座13上表面的高處與低處，階梯工作臺12底部通過螺釘與X軸導(dǎo)軌17相連接，X軸滾珠絲杠18設(shè)置在X軸導(dǎo)軌17之間且在工作臺底座13上表面的高處，X軸伺服電機14設(shè)置在工作臺底座13的側(cè)面，通過X軸滾珠絲杠18帶動階梯工作臺12進行移動，工作臺底座13通過螺釘與底座I相連接；杯形砂輪修整器11通過螺釘固定在階梯工作臺12上表面的一側(cè)，跟隨階梯工作臺12的移動。立柱3通過Z軸導(dǎo)軌2、Z軸滾珠絲杠15和Z軸伺服電機16在底座I上移動，完成工件加工的Z向動作；主軸支架7通過Y軸導(dǎo)軌6、Y軸滾珠絲杠5和Y軸伺服電機4在立柱3上移動，完成工件加工的Y向動作；階梯工作臺12通過X軸導(dǎo)軌17、X軸滾珠絲杠18和X軸伺服電機14在工作臺底座7上移動，完成工件加工的X向動作，X、Y、Z三軸的移動可以完成加工過程中的空間移動。如圖1 3和圖5所示，工作臺為階梯結(jié)構(gòu)，分為工作臺的高處與低處兩部分。當對工件進行非球面加工時，將工件放置在階梯工作臺12的高處，通過夾具將工件固定，然后采用非球面平行磨削技術(shù)對元件進行加工，通過X、Y、Z三軸的移動和C軸的轉(zhuǎn)動完成加工過程中的運動。磨邊加工是將光學(xué)元件加工到所需尺寸的必要步驟，當進行磨邊加工時，將工件23垂直放置在階梯工作臺12的低處，一邊緊靠工作臺，然后使用電磁臺22將工件擋板24與工件23進行夾緊固定。首先對工件23的一個邊進行加工，磨削結(jié)束后將工件翻轉(zhuǎn)，以剛加工的一邊為基準按照尺寸要求加工相對的另一邊，加工結(jié)束后使用高度儀對剛加工完的工件進行檢測，如果工件尺寸還有余量則繼續(xù)磨邊至要求尺寸；同理，光學(xué)元件的另外兩邊也需要進行同樣的加工步驟；磨邊結(jié)束后，即可將工件加工到所需的尺寸。本發(fā)明的機構(gòu)可以有效的減小磨邊加工時機床垂向的行程，提高了加工的精度。如圖4所示，本發(fā)明機床的錐形主軸軸伸10、圓柱形主軸軸伸20可以通過6個鎖緊螺釘21與主軸本體19相連，主軸軸伸可以根據(jù)不同砂輪的法蘭盤錐度進行更換。更換時先將主軸軸伸放置在主軸本體19上，與主軸本體19上的凸臺進行配合，然后每隔一個螺釘孔鎖上螺釘21，此時主軸上一共3顆螺釘，然后使用激光位移傳感器，使激光打在主軸軸伸，手動旋轉(zhuǎn)主軸一圈觀察位移傳感器的示數(shù)變化，依據(jù)示數(shù)的變化輕輕調(diào)整主軸軸伸與主軸的相對位置，使其與主軸的軸心重合，待示數(shù)顯示主軸軸伸與主軸同軸心后鎖緊螺釘21，并同時將螺釘鎖上剩余的3個螺釘孔。該機構(gòu)可以根據(jù)不同的砂輪法蘭盤的錐度進行更換和調(diào)整，提高了砂輪修整的的精度，并且可以滿足在一臺機床上同時完成多種法蘭盤錐度的砂輪修整需求。通過上述機構(gòu)和方法可以在一臺平面磨床內(nèi)，完成光學(xué)元件的非球面加工、磨邊加工、與不同法蘭盤錐度的砂輪修整，能有效減少光學(xué)元件加工中的大量非加工時間，將磨邊及砂輪修整工序?qū)ｉT化，提升批量化加工效率。
本發(fā)明采用磨床主軸分段結(jié)構(gòu)以及階梯形工作臺設(shè)計，在實際生產(chǎn)中可將磨床主軸的軸伸進行替換和調(diào)整，可以完成對不同磨床使用的不同法蘭盤錐度的砂輪進行修整，將修整工序統(tǒng)一到本發(fā)明的專用機床設(shè)備上，大幅度提升光學(xué)元件批量化制造流程的加工效率，節(jié)約了制造成本。同時，將工作臺的設(shè)置為階梯結(jié)構(gòu)，分為工作臺的高處與低處兩部分，滿足了磨削光學(xué)元件時對工件磨邊的要求，可以有效的減小機床在垂向磨邊加工的行程，提高加工精度。
權(quán)利要求
1.一種多用平面磨床，其特征在于設(shè)有階梯工作臺、工作臺底座、砂輪修整器、底座、立柱、主軸支架、主軸本體、主軸軸伸、主軸電機、砂輪、法蘭盤、X軸伺服電機、X軸滾珠絲杠、X軸導(dǎo)軌、Y軸伺服電機、Y軸滾珠絲杠、Y軸導(dǎo)軌、Z軸伺服電機、Z軸滾珠絲杠、Z軸導(dǎo)軌和電磁臺； 所述Z軸導(dǎo)軌對稱布置在底座的上表面兩邊，立柱通過Z軸導(dǎo)軌與底座相連接，Z軸滾珠絲杠位于Z軸導(dǎo)軌的中間，所述Z軸滾珠絲杠的一端與立柱的底部相連接，Z軸伺服電機固定在底座的外部并通過Z軸滾珠絲杠帶動立柱移動；Y軸導(dǎo)軌對稱布置在立柱的側(cè)面，Y軸滾珠絲杠通過其自帶的驅(qū)動螺母固定在立柱的頂部并設(shè)置在Y軸導(dǎo)軌的中間，Y軸滾珠絲杠的底端與主軸支架相連接，Y軸伺服電機設(shè)置在立柱的頂部并通過Y軸滾珠絲杠帶動主軸支架進行垂向的移動；主軸本體放置在主軸支架的內(nèi)部并通過聯(lián)軸器與主軸電機相連，主軸本體的另一端通過鎖緊調(diào)整螺釘與錐形主軸軸伸或圓柱形主軸軸伸固定，砂輪通過法蘭盤與主軸軸伸相配合；x軸導(dǎo)軌有2根分別布置在工作臺底座上表面的高處與低處，階梯工作臺底部通過螺釘與X軸導(dǎo)軌相連接，X軸滾珠絲杠設(shè)置在X軸導(dǎo)軌之間且在工作臺底座上表面的高處，X軸伺服電機設(shè)置在工作臺底座的側(cè)面，通過X軸滾珠絲杠帶動階梯工作臺進行移動，工作臺底座通過螺釘與底座相連接；杯形砂輪修整器通過螺釘固定在階梯工作臺上表面的一側(cè)，跟隨階梯工作臺的移動。
全文摘要
一種多用平面磨床，涉及一種磨床。提供可滿足不同磨床上所使用的不同法蘭盤錐度的砂輪修整，同時滿足光學(xué)元件加工與磨邊需求的一種多用平面磨床。設(shè)有階梯工作臺、工作臺底座、砂輪修整器、底座、立柱、主軸支架、主軸本體、主軸軸伸、主軸電機、砂輪、法蘭盤、XYZ軸伺服電機、XYZ軸滾珠絲杠、XYZ軸導(dǎo)軌、電磁臺。機床工作臺部分由水平方向調(diào)整為階梯結(jié)構(gòu)，使工件可以垂直的放置在階梯工作臺的低處，以減小光學(xué)元件磨邊過程中對垂向行程的要求，提高整個機床的精度；機床不僅使用杯型砂輪修整裝置，而且可在階梯工作臺另一側(cè)配置電解砂輪修整裝置，滿足不同類型砂輪的修整需求。
文檔編號B24B53/06GK103111924SQ20131008604
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者郭隱彪, 姜濤, 吳海韻, 林桂丹 申請人:廈門大學(xué)