一种大口径超精密磨床集成系统技术方案

本发明专利技术公开一种大口径超精密磨床集成系统，包括Z轴主轴箱和可拆卸地连接到所述Z轴主轴箱上的二维振动辅助激光扫描在位检测系统；所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统包括所述随动导轨和X轴导轨，以及与所述随动导轨匹配连接的随动导轨连接件；所述随动导轨平行于所述X轴导轨，可沿所述X轴导轨方向来回滑动，而所述随动导轨连接件在X轴方向上保持不动。本发明专利技术还包括在位砂轮修整装置，能够实现对弧面砂轮的在位自动化修整。本发明专利技术是一种面向大口径光学镜面加工、检测、修整一体化的超精密光学磨床，将非接触式传感器应用到大口径光学镜面磨削机床上，能够极大地提高检测效率和加工效率，最大限度减小被测元件搬运过程中引入的误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的一种三轴磨床，具体涉及一种大口径超精密磨床集成系统，可实现大口径光学镜面的加工、检测、再加工并进行砂轮的在位修整，属于机械加工设备

技术介绍
随着现代军事和航天航空的快速发展以及先进制造技术的不断突破，越来越多的大型光学镜面得到了应用，精度要求也越来越高，也对机床的性能提出了更高的要求。然而在机床加工大口径光学镜面时，为了提高加工精度，需要不断进行加工-检测-加工。目前大口径超精密光学磨床存在以下问题:1、结构对称性较差，通常采用或部分采用铸铁作为材料，没有完全使用天然花岗岩材料，机床刚性、阻尼和稳定性不能同时保证；2、加工功能单一，加工效率比较低；3、砂轮修整和检测较麻烦，砂轮修整不能进行自动化控制来修整弧面砂轮；面型通常通过离线设备进行检测，然而由于镜面体积重量大，不容易搬动，而且价格昂贵，为保证搬运过程的安全性，搬运时需要耗费大量时间和人力物力，测量完成之后还要再次搬运到加工设备上，又会带来二次安装误差，虽然目前在位测量方法也已经应用于大口径光学镜面加工中，例如在位测头、结构光方法以及干涉方法，然而各种方法都有明显的缺陷，或检测效率低下或精度较低或者经济型较差，不适合推广应用。
技术实现思路
为解决在位检测，同时克服检测效率低下、精度不足、价格昂贵等问题，本专利技术的目的是提供一种大口径超精密磨床集成系统，包括Z轴主轴箱和可拆卸地连接到所述Z轴主轴箱上的二维振动辅助激光扫描在位检测系统；所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统包括所述随动导轨和X轴导轨，以及与所述随动导轨匹配连接的随动导轨连接件；所述随动导轨平行于所述X轴导轨，可沿所述X轴导轨方向来回滑动，而所述随动导轨连接件在X轴方向上保持不动。二维振动辅助激光扫描在位检测系统与Z轴主轴箱可拆卸地连接实现了，该在位检测系统随着Z轴主轴箱一起运动，根据检测对象的情况通过路径规划可以得到较优的检测路径。当需要加工时，机床运动到一头，在位检测系统通过机床控制系统卸下；当需要检测时，在位检测系统装夹上后进行检测，避免了被测工件的搬运。本专利技术的另一个较优的实施方式是，还包括在位砂轮修整装置和X轴工作台；所述在位砂轮修整装置设置在所述X轴工作台旁边，采用了两个自由度，能够进行姿态调整。本专利技术的另一个较优的实施方式是，所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统还包括Y轴音圈电机、Y轴导轨、Y轴运动平台、激光位移传感器、X轴音圈电机、X轴运动平台连接件和X轴运动平台；所述Y轴音圈电机、所述随动导轨连接件、所述随动导轨和所述激光位移传感器依次连接；从上到下依次设置所述激光位移传感器、所述Y轴运动平台、所述Y轴导轨、所述X轴运动平台、所述X轴导轨；所述X轴音圈电机通过所述X轴运动平台连接件与X轴运动平台连接；其中，进一步地将所述Y轴音圈电机和X轴音圈电机设置为:当所述Y轴音圈电机产生作用力时，推动所述随动导轨连接件、所述随动导轨、所述激光位移传感器和所述Y轴运动平台沿所述Y轴导轨运动；当所述X轴音圈电机产生作用力时，推动所述X轴运动平台连接件、所述X轴运动平台、所述Y轴导轨、所述Y轴运动平台、所述激光位移传感器、所述随动导轨沿所述X轴导轨运动。本专利技术的另一个较优的实施方式是，所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统还包括Y轴光栅和X轴光栅；所述Y轴光栅设置在所述Y轴导轨旁边，用于监测所述激光位移传感器在Y轴方向上的移动距离；所述X轴光栅设置在所述X轴导轨旁边，用于监测所述激光位移传感器在X轴方向上的移动距离；从而实现全闭环运动控制。本专利技术的另一个较优的实施方式是，还包括机床底座、立柱、横梁、机床Y轴导轨和Y轴溜板箱；所述立柱将所述机床底座与所述横梁连接起来；所述机床Y轴导轨设置在所述横梁上；所述Y轴溜板箱设置在所述机床Y轴导轨上；所述Y轴溜板箱与所述Z轴主轴箱连接；所述机床底座、所述立柱、所述横梁、所述Y轴溜板箱和所述Z轴主轴箱均采用花岗岩材料。优选地是，主轴箱整体主要采用天然花岗岩。本专利技术的另一个较优的实施方式是，还包括设置在所述横梁上的Y轴直线电机；所述Y轴直线电机可以驱动所述Y轴溜板箱沿所述电机Y轴导轨运动；所述Y轴溜板箱采用封闭式对称结构，其顶部设置有双平衡液压缸；所述Z轴主轴箱内置静压主轴；通过所述双平衡液压缸能对所述Z轴主轴箱和所述静压主轴进行卸荷。本专利技术的另一个较优的实施方式是，还包括Z轴直线电机、X轴直线电机、机床X轴导轨；所述Z轴直线电机设置在所述Z轴主轴箱上；所述X轴直线电机和所述机床X轴导轨均设置在所述机床底座上；所述X轴工作台设置在所述机床X导轨上；所述Z轴直线电机和所述Y轴直线电机的数量均是两台，能够分别对所述Z轴主轴箱和所述Y轴溜板箱进行双直线电机同步驱动；所述X轴直线电机、所述Y轴直线电机、所述Z轴直线电机均采用高精度、定位速度快、动态响应好的直线电机。优选地是，静压主轴内嵌于Z轴主轴箱内。本专利技术的另一个较优的实施方式是，所述大口径超精密磨床集成系统的整体尺寸为 3000mmx2300mmx3000mm ?4000mmx3000mmx4000mm，能够加工口径 Φ 1000mm 以内的光学镜面。优选地是，所述大口径超精密磨床集成系统的整体尺寸为3200mmx2540mmx3300mm。本专利技术的另一个较优的实施方式是，所述大口径超精密磨床集成系统采用对称的双横梁结构；并且在所述大口径超精密磨床集成系统的X轴、Y轴、Z轴方向上均配备分辨率为纳米级别的高精度光栅作为反馈，实现全闭环控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:(1)本专利技术采用了对称的双横梁结构，机床底座、立柱、横梁、X轴工作台、Y轴溜板箱和Z轴主轴箱均采用花岗岩材料，具有高刚性、大阻尼和良好的热稳定性。(2)由于存在随动导轨，使得Y轴音圈电机和随动导轨连接件不会随着随动导轨、激光位移传感器、Y轴运动平台、Y轴导轨和X轴运动平台一同沿X轴导轨运动，即Y轴音圈电机的质量不会施加到该X轴运动平台上。从而不需要增大X轴音圈电机的额定推力，也不需要增大二维振动辅助激光扫描在位检测系统的整体体积。同时由于二维振动辅助激光扫描在位检测系统是可拆卸地连接在Z轴主轴箱上，因此能在加工完成后进行在位检测，根据结果进行再次加工，免除了工件的搬运和反复安装产生的误差。(3)机床配备在位砂轮修整装置，并采用了两个自由度，能够进行姿态调整，针对弧面砂轮修出所需要的形状；实现既能够在线对面型进行自动化修整，又能对修整面型用的弧面砂轮进行在线修整，从而使整机具有较高的加工精度和效率。(4)对于二维振动辅助激光扫描在位检测系统，设置有高精密的X轴光栅和Y轴光栅，从而可以实现全闭环运动控制，使得检测精度更可靠；对于机床，其X轴、Y轴、Z轴方向上均配备分辨率为纳米级别的高精度光栅作为反馈，实现全闭环控制。(5)本专利技术的整体尺寸适当，能够满足加工口径Φ 1000mm以内的光学镜面。(6)机床三轴均采用高精度、定位速度快、动态响应好的直线电机，为了结构的对称性和受力对称性，Y轴和Z轴均采用双直线电机进行同步驱动。(7)具备平衡液压缸，能够对Z轴主轴箱和静压主轴重量进行卸荷，这样的话Z轴直线电机不需要克服Z轴主轴箱和静压主轴本身的重量，可以选用较小的电机，尺寸也相应减小，Z轴主轴箱的结构更紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径超精密磨床集成系统，其特征在于，包括Z轴主轴箱和可拆卸地连接到所述Z轴主轴箱上的二维振动辅助激光扫描在位检测系统；所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统包括所述随动导轨和X轴导轨，以及与所述随动导轨匹配连接的随动导轨连接件；所述随动导轨平行于所述X轴导轨，可沿所述X轴导轨方向来回滑动，而所述随动导轨连接件在X轴方向上保持不动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷跃红，孙立剑，洪海波，王乾人，姜振华，任明俊，彭程，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31