一种双梁磨床

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一种双梁磨床\n技术领域\n[0001] 本发明属于机械制造技术领域，特别涉及一种双梁磨床。\n背景技术\n[0002] 随着我国重大科学工程研究的开展，对大口径非球面光学元件的需求日益增加。\n激光核聚变装置、高能激光、红外热成像、卫星用光学系统、大型天文望远镜、医疗影像设备等国家重大工程及国防尖端技术对高精度大口径光学非球面元件（Φ400mm以上）有极大的需求。该类元件属于硬脆性难加工材料，对非球面表面加工精度的要求也相当高。金刚石砂轮磨削技术在超精密加工领域起着越来越重要的作用，是实现非球面光学元件确定性批量加工的重要保证。当前国内的精密、超精密制造及其装备技术与国外相比仍然存在很大差距，技术整体水平落后于发达工业国家。因此，加强超精密加工装备及其关键技术开发和应用研究，才能解决国外禁运和替代进口的技术瓶颈问题，提升我国相关领域的核心竞争力和创新能力。\n发明内容\n[0003] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双梁磨床，能够完成大口径非球面光学元件的超精密磨削加工，提高加工效率，结构紧凑并且高度对称，刚度高，动态性能好，同时加工效率也得到了极大的提高。\n[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为：\n[0005] 一种双梁磨床，包括基座1，转台16的主体下沉入基座1的凹槽之中，基座1上设置立柱2，立柱2上设置两根横梁3，Y轴溜板9通过Y轴导轨压条8置于两横梁3之间，Y轴溜板9与Y轴导轨压条8接触处设置Y轴导轨静压块13；Y轴直线电机14对称布置在Y溜板9两侧；Y溜板9两侧的另外两侧安装Z轴直线电机初级10，Z轴滑枕12置于方框状的Y溜板9中央，Z轴滑枕12两侧通过浮动安装座5安装平衡油缸7，Z轴滑枕12端部安装摆动轴B4，Z滑枕12表面安装直线电机次级11，Z滑枕12底部安装砂轮15。\n[0006] 所述的Y轴溜板9采用整体铸造形式，四周分布静压块17。\n[0007] 所述的砂轮15外形为环面状。\n[0008] 本发明采用Y轴和Z轴两直线轴，一个为旋转轴，另一个为摆动轴的配置形式，结构紧凑，很大程度上减轻了机床重量，节约成本并为安装调试带来方便；采用两根横梁3这样的双横梁结构，Y轴溜板9置于双横梁3之间，消除倾覆力矩对溜板的影响；无需加配重，减小了Y轴的移动质量；Y轴和Z轴工作时均采用液体静压导轨，刚度高、摩擦系数小、无爬行，而且几乎没有磨损和发热；采用没有中间传递环的直线电机或力矩电机直接驱动，采用高精度光栅尺进行闭环反馈控制，减小了传递误差，缩小传动系统体积，提高了控制精度和动态响应。\n附图说明\n[0009] 图1是本发明的超精密非球面磨床结构主视图。\n[0010] 图2是本发明的超精密非球面磨床结构左视图。\n[0011] 图3是超精密非球面磨床Z轴导轨结构图。\n[0012] 图4是本发明的超精密非球面磨床摆动轴B结构图。\n[0013] 图5是本发明的超精密非球面磨床砂轮结构图。\n具体实施方式\n[0014] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。\n[0015] 如图1、图2所示，一种双梁磨床，包括基座1，转台16的主体下沉到基座1的凹槽之中，基座1上设置立柱2，立柱2上设置两根横梁3，Y轴溜板9通过Y轴导轨压条8置于两横梁3之间，Y轴溜板9与Y轴导轨压条8接触处设置Y轴导轨静压块13，Y轴溜板9和横梁3、导轨压条8以及静压油垫13组成闭式液体静压导轨；Y轴直线电机14对称布置于Y溜板9两侧；Y溜板9两侧的另外两侧安装Z轴直线电机初级10，Z轴滑枕12置于方框状的Y溜板9中央，Z轴导轨分布于Z轴滑枕12四周，采用液压平衡系统平衡掉滑枕部分质量，Z轴滑枕12两侧通过浮动安装座5安装有平衡油缸7，Z轴滑枕12端部安装摆动轴B4，Z滑枕12表面安装直线电机次级11，Z滑枕12底部安装砂轮15。\n[0016] Y轴采用双直线电机驱动，Y轴直线电机14对称布置在Y溜板两侧，通过合理的调节，可以使Y轴直线电机14吸力和Y轴导轨静压块13的油腔压力相互抵消，消除单个横梁的扭转，使得Y轴精度提高。\n[0017] Y轴溜板9采用整体铸造形式，四周分布静压块17，Z轴滑枕12置于中间，由于配合面的减少，可以提高机床刚度。\n[0018] Z轴采用液压平衡系统平衡掉Z轴滑枕12的部分质量，降低Z轴的移动质量，同时采用液压锁紧装置6进行掉电和急停保护。\n[0019] 为加工不同面形元件，使用可摆动一定角度的摆动轴，摆动轴采用力矩电机18、19驱动、光栅尺23闭环反馈控制，并采用锁紧装置22完成锁紧功能。\n[0020] 如图2所示，采用双横梁的高度对称式结构，消除了倾覆力矩对导轨精度的影响；\nY轴直线电机14对称布置在Y溜板9两侧，由于直线电机14之间存在很大的吸力，其对导轨的影响不能忽略，采用这种布置形式，电机吸力和Y轴导轨静压块13的油腔之间的压力通过调节可相互抵消，使得单个横梁绕Y轴的扭转变形减小，从而可以提高Y导轨的精度。\n砂轮15表面母线曲率半径大，砂轮与工件的接触面积大，提高机床的加工效率。\n[0021] 如图3所示，Y溜板9为方框式结构，静压块17布置于Y溜板9四周，Z轴滑枕12位于中间，Z轴采用直线电机驱动，直线电机初级10安装在Y溜板两侧，直线电机次级11安装在对应的Z滑枕12表面，采用直线电机次级11使Z轴结构紧凑。\n[0022] 如图4所示，所述摆动轴B中间安装砂轮轴20，摆轴24通过组合轴承21支撑，并采用锁紧装置22来完成摆动轴的锁紧。轴承21可约束其轴向和径向位移，摆轴24采用力矩电机直接驱动，其一端与力矩电机次级19相连，力矩电机初级18与Z轴滑枕12相连接，在摆轴24的另一端安装圆光栅23，用于完成摆动轴的闭环反馈控制，采用环面砂轮15，砂轮轴20倾斜安装，安装空间小，使机床整体高度降低。\n[0023] 如图5所示，所述的砂轮15外形为环面状，砂轮倾斜布置，占用空间小；采用低曲率的表面，加工时接触面积大，可以提高磨削效率。\n[0024] 本发明的工作原理为：所述的超精密非球面磨床采用如图1、图2所示的布置形式，在Y轴导轨静压块13通入液压油后，Y轴溜板9处于悬浮状态，Y轴直线电机14直接驱动Y轴溜板9沿着横梁上的导轨运动。Z轴静压块17通入液压油后，Z滑枕12悬浮在各静压块之间，通过直线电机10、11带动其上下运动完成Z方向的移动，在Z轴滑枕12移动的过程中，液压缸6始终作用于其一定的拉力，平衡掉Z轴的部分移动质量。力矩电机18、19直接带动摆轴24旋转，通过光栅尺23时刻反馈其位置，以实现精确定位，通过锁紧装置22完成摆动轴的锁紧。\n[0025] 工作时工件置于转台16之上，数控系统控制转台旋转，同时控制Y轴、Z轴以及摆动轴B使砂轮15移动到目标位置并且使砂轮表面与工件表面贴合，通过砂轮和工件之间的相对运动来完成材料的去除。为保证砂轮和工件之间的相对速度恒定，在加工工件边缘时转台16转速较低，随着加工位置不断靠近转台16的旋转中心，转台16的旋转速度也逐渐增加，最终达到其最大速度并保持恒定。\n[0026] 图中：1、基座；2、立柱；3、横梁；4、摆动轴；5安装座；6、Z轴平衡系统液压锁紧装置；7、Z轴平衡油缸；8、Y导轨压条；9、Y轴溜板；10、Z轴直线电机初级；11、Z轴直线电机次级；12、Z轴滑枕；13、Y轴导轨静压块；14、Y轴直线电机；15、环面砂轮；16、转台；17、静压块；18、力矩电机初级；19、力矩电机次级；20、砂轮轴；21、轴承；22、锁紧装置；23、圆光栅；\n24、摆轴。