[实用新型]超精密切削机床飞刀盘径向调刀装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超精密切削机床飞刀盘径向调刀装置，属于精密切削加工技术领域。

背景技术

现有技术将金刚石刀具安装在超精密机床的飞刀盘上，通过单点飞切加工实现光学晶体元件的超精密切削加工。由于在飞切加工中金刚石刀具由安装在主轴上的飞刀盘夹持，通常的切削加工技术通过微调刀架实现刀具进给量的高分辨率调整的措施无法应用到超精密飞切加工中。而随着光学元件的加工种类的增多，对飞切加工的精度要求也在增高。为此，现有技术通过增设竖直移动的Y轴来实现飞切加工时金刚石刀具的进给和工件与金刚石刀具之间的靠近。然而，所述Y轴的性能单一，这种方案使得机床成本提高。

在现有技术中还有一种采用垫块调节工件位移量的方案，不过，由于所述垫块尺寸确定，数量有限，使得位移量的调节成为一种定量调节，因此，金刚石刀具相对于工件的位移调节不具有连续性，精度无法保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于获得一种飞刀盘，该飞刀盘能够在更换刀具后再次实现动平衡，同时，能够沿径向微位移调整刀具，实现刀具进给量的高分辨率连续调整，为此，我们发明了一种超精密切削机床飞刀盘径向调刀装置。该方案能够满足各种光学晶体元件的超精密飞切加工要求，调刀方便，设备成本低，加工效率高。

本实用新型之超精密切削机床飞刀盘径向调刀装置，其特征在于，由盘体1、刀具2、刀鞘3、差动螺旋杆4构成刀盘系统；在以盘体1盘面与刀盘系统旋转轴线交点为原点O的直角坐标系中，刀盘系统质心M₁(x₁,y₁)、配重块5质心M₂(x₂,y₂)与原点O位于同一条直线上，且质心M₁(x₁,y₁)、质心M₂(x₂,y₂)位于原点O两侧，如图1、图2所示，并满足矢量关系：m₁×x₁+m₂×x₂=0,m₁×y₁+m₂×y₂=0，式中：m₁为刀盘系统质量，m₂为配重块5质量；在盘体1盘面上开有轴线与y轴平行的刀鞘滑槽6，如图1～3所示，刀具2的刀柄插入刀鞘3中，刀鞘3位于刀鞘滑槽6中；差动螺旋杆4与刀鞘滑槽6轴线同轴，差动螺旋杆4前端小径细牙螺杆7与刀鞘尾端8的小径细牙螺孔9配合，如图2、图4所示，差动螺旋杆4主体部分为大径粗牙螺杆10，该大径粗牙螺杆10与盘体1上的大径粗牙螺孔配合。

本实用新型其技术效果在于，由于刀具2主体材质比重大于盘体1材质比重，前者通常为工具钢，而后者通常为硬铝，并且刀头还要探出盘体1，因此，装刀以及重新装刀后刀盘系统动平衡遭到破坏。当在飞刀盘盘体1上安置配重块5后，能够实现装刀后刀盘系统的再平衡。在恢复动平衡的前提下，如何根据加工进给需要精密调刀，是光学晶体元件的超精密切削加工需要解决的核心问题，而差动螺旋杆4的采用则解决了这一问题。例如，差动螺旋杆4的小径细牙螺杆7螺纹外径为M6，螺距为0.5mm，大径粗牙螺杆10螺纹外径为M8，螺距为0.7mm，当旋转一周调整刻度为50格时，每格调整位移量为1μm，可见，本实用新型之调刀装置不仅能够连续微位移调整，而且调刀精度高。

附图说明

图1是本实用新型结构俯视示意图，该图同时作为摘要附图。图2本实用新型结构立体示意图，其中刀具2、差动螺旋杆4、刀鞘尾端8、平衡螺钉处在安装过程中，尚未到达工位。图3是本实用新型中的刀鞘滑槽及配重块嵌槽结构立体示意图，该图同时表示平衡螺孔在盘体上的分布情况。图4是本实用新型中的差动螺旋杆结构及形状示意图。图5是本实用新型中的配重块结构及形状示意图。图6是本实用新型中的平衡螺钉结构及形状示意图。图7是本实用新型中的刀鞘尾端结构及形状示意图。图8是本实用新型中的刀鞘结构及形状示意图。

具体实施方式

在本实用新型之超精密切削机床飞刀盘径向调刀装置中，由盘体1、刀具2、刀鞘3、差动螺旋杆4构成刀盘系统。在以盘体1盘面与刀盘系统旋转轴线交点为原点O的直角坐标系中，刀盘系统质心M₁(x₁,y₁)、配重块5质心M₂(x₂,y₂)与原点O位于同一条直线上，且质心M₁(x₁,y₁)、质心M₂(x₂,y₂)位于原点O两侧，如图1、图2所示，并满足矢量关系：m₁×x₁+m₂×x₂=0,m₁×y₁+m₂×y₂=0，式中：m₁为刀盘系统质量，m₂为配重块5质量。在盘体1盘面上开有轴线与y轴平行的刀鞘滑槽6，如图1～3所示，刀具2的刀柄插入刀鞘3中，刀鞘3位于刀鞘滑槽6中。配重块5位于盘体1盘面上的配重块嵌槽11内，如图1～3所示，配重块嵌槽11轴线与y轴平行，由配重螺钉12将配重块5固定在盘体1上，如图1、图2、图5所示；当盘体1材质为硬铝、刀具1主体材质为工具钢时，配重块5的材质为比重大于盘体1材质和刀具2主体材质的黄铜，这样的话能够用体积较小的配重块5即可恢复刀盘系统动平衡。在盘体1圆周侧壁上相隔等角度设有若干平衡螺孔13，平衡螺钉14与平衡螺孔13配合，如图2、图3、图6所示。采用配重块5只是粗略恢复刀盘系统动平衡，当刀盘系统高速旋转时依然会产生振动，这时借助超精密切削机床自带的触针式电子拷表检测动平衡，在检测过程中，确定在平衡螺孔13内添加或者撤出平衡螺钉14，或者旋进、旋出平衡螺钉14，由此在线微调动平衡，当超精密切削机床显示屏上显示的刀盘系统旋转一周的动平衡曲线变动范围在3nm以内时，刀盘系统与配重块的整体质心与刀盘系统旋转轴线，或者超精密切削机床主轴的旋转轴线近似重合，此时的平衡状态符合加工要求。差动螺旋杆4与刀鞘滑槽6轴线同轴，差动螺旋杆4前端小径细牙螺杆7与刀鞘尾端8的小径细牙螺孔9配合，差动螺旋杆4主体部分为大径粗牙螺杆10，该大径粗牙螺杆10与盘体1上的大径粗牙螺孔配合。由尾端螺钉15将刀鞘尾端8固定在刀鞘3的尾端，如图1、图7所示；沿刀柄走向三个刀具螺钉16一字排列，由刀具螺钉16将刀具2固定在刀鞘3中。刀鞘螺钉17通过垫片18、弹簧19将刀鞘3固定在刀鞘滑槽6中，如图1、图2、图8所示，刀鞘3上的刀鞘螺孔20为条形孔，且内有台阶，刀鞘螺钉17穿过刀鞘螺孔20，弹簧19压在刀鞘螺孔20内的台阶上，当刀鞘螺钉17被旋动到位后，刀鞘3被相对固定，转动差动螺旋杆4依然能够推动刀鞘3前行，实现刀具2的微量进给。刀鞘螺钉17、垫片18、弹簧19、刀鞘螺孔20共有四组，相对刀鞘滑槽6轴线对称分布。