一种微纳观尺度微小孔加工机床制造技术

本发明专利技术公开了一种微纳观尺度微小孔加工机床，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统及控制系统，多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括工作台及工作台驱动装置；钻削装置设置在工作台的上方；微纳观显微视频系统设置在机床底座上且位于多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并将采集分析数据传输至控制系统。本发明专利技术采用微纳观显微视频系统对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统，控制系统根据所采集的工件加工信息对钻削装置和多自由度工作台系统作出操控指令，提高了加工精度和成品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳观尺度微小孔加工机床
本专利技术属于孔加工机械设备
，尤其涉及一种微纳观尺度微小孔加工机床。
技术介绍
孔加工在机械加工中占有很大的比重，据统计孔加工约占机械加工的30％，占总加工时间的20％。随着航空、电子、仪器仪表、精密机械和自动控制等科学技术和工业生产的高速发展，微小孔的应用范围越来越广，其加工要求也逐渐严格。在孔加工中，微小孔加工最为困难，而微小孔的深孔加工更是难上加难，一般工程上把径在3mm以下的孔称为微小孔，孔深与孔径之比在5以上的孔称为深孔。目前国内外可用于微孔加工的方法有很多，如激光束、电子束、离子束和电火花，但由于加工成本和加工质量等原因，应用最广泛、实用性最强的仍是钻削加工，特别在电子、精密机械、仪器仪表等行业，更是备受关注。现有的微小孔钻削加工存在以下问题：微小钻头刚度低，入钻位置易偏移，严重影响入钻位置精度进而影响尺寸和形状精度；因孔径很小，故排屑困难，易造成切屑堵塞，增加刀具的发热和磨损；普通钻床的轴向钻削力相对较大，出口处毛刺相对较高，而且其转速也不适应微小孔径的加工，要获得一定的切削速度，必须配以相应的高速主轴，制作成本大大提高。由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种加工尺寸精度高、表面质量好的微纳观尺度微小孔加工机床。本专利技术所采用的技术方案为：一种微纳观尺度微小孔加工机床，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统以及控制系统，所述多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括用于放置工件的工作台以及带动工作台运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构；钻削装置设置在工作台的上方，所述钻削装置包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构；微纳观显微视频系统设置在机床底座上，且微纳观显微视频系统设置在多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统；控制系统用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作。所述钻头摆动驱动机构包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第一转轴、第二转轴及第三转轴，第一机械臂的顶端与钻头X向驱动机构相连，第一机械臂的底端通过第一转轴与第二机械臂的一端转动连接，第二机械臂的另一端通过第二转轴与第三机械臂的一端转动连接，第三机械臂的另一端通过第三转轴与钻头部转动连接；所述钻头摆动驱动机构还包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第一谐波减速器和第二谐波减速器，第一伺服电机的输出轴通过第一谐波减速器与第一转轴相连，第二伺服电机的输出轴通过第二谐波减速器与第二转轴相连，第三伺服电机的输出轴通过第三谐波减速器与第三转轴相连；所述第一、第二、第三转轴上均设置有角度传感器。所述钻头部包括机械手腕、设置在机械手腕底部的多个气动主轴以及设置在气动主轴上的麻花钻，一根气动主轴上对应设置一个麻花钻，机械手腕的内部设置有带动气动主轴旋转的气动主轴旋转驱动机构，气动主轴旋转驱动机构包括第四伺服电机、阶梯轴及用于固定气动主轴的固定卡套，第四伺服电机设置在机械手腕的腕部，阶梯轴与第四伺服电机的输出轴相连，固定卡套的数量与气动主轴的数量相等，一个固定卡套对应安装一根气动主轴，固定卡套围绕在阶梯轴周边，且各固定卡套均与阶梯轴相连并由阶梯轴带动旋转。所述钻头X向驱动机构包括机械臂顶座和钻头X向直线电机，机械臂顶座的底部与第一机械臂的顶端相连，机械臂顶座与钻头X向直线电机相连，机械臂顶座在钻头X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。所述工作台摆动驱动机构包括联动台、摆动轴、电动机及变速箱，工作台设置在联动台的上方并随联动台同步运动，摆动轴的轴向与Y轴方向平行，摆动轴横穿所述联动台，电动机的输出轴通过变速箱与摆动轴相连，摆动轴旋转带动联动台摆动；所述工作台上设置有直线光栅尺，摆动轴上设置有旋转光电编码器。所述加工机床还包括摩擦锁紧装置，摩擦锁紧装置有一套或两套，摩擦锁紧装置位于摆动轴轴端一侧，各摩擦紧缩装置包括支撑块、T型滑块及微型直线电机，支撑块的顶端开设有与T型滑块相适配的T型滑槽，微型直线电机设置在T型滑槽内，T型滑块安装在微型直线电机上，T型滑块在微型直线电机的带动下沿T型滑槽来回移动；T型滑块的上部开设有与摆动轴的轴径相适配的摩擦锁紧槽，摆动轴的端部设置有摩擦纹路。所述工作台Y向驱动机构包括工作台Y向直线电机，工作台安装在工作台Y向直线电机的顶部并在工作台Y向直线电机的带动下沿Y轴做直线运动；所述工作台X向驱动机构包括工作台X向直线电机，所述工作台Y向直线电机安装在工作台X向直线电机上并在工作台X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。所述微纳观显微视频系统包括CCD摄像机、图像采集卡、适配器、步进马达调焦台、运动控制卡、光学显微镜以及LED环型照明光源，所述CCD摄像机正对工作台，微纳观显微视频系统经CCD摄像机采集图像，输入控制系统中，控制系统根据此图像计算自动聚焦评价函数值，并得出步进马达调焦台驱动量，从而控制调焦台运动量，采集到最清晰的图像；所述工作台上设置有压电力觉传感器。所述加工机床还包括工件自动装卸装置，工件自动装卸装置设置在多自由度工作台系统的一侧，用于进行工件加工前的自动装夹以及加工完成后的松卸。所述加工机床还包括减振与隔振系统，减振与隔振系统包括设置在机床底座周边的多个第一超磁致伸缩棒、设置在机床底座底部中央处的空气弹簧以及设置在机床底座底部且围绕空气弹簧设置的多个第二超磁致伸缩棒；所述减振与隔振系统还包括隔振槽，所述机床底座放置在隔振槽内，隔振槽的周边侧壁开设有多个与第一超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第一超磁致伸缩棒的第一安置孔，隔振槽的底部开设有与空气弹簧位置相对且用于放置空气弹簧的第二安置孔，隔振槽的底部围绕所述第二安置孔开设有多个与第二超磁致伸缩棒位置相对且用于放置第二超磁致伸缩棒的第三安置孔。由于采用了上述技术方案，本专利技术所取得的有益效果为：1、本专利技术采用微纳观显微视频系统对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统，控制系统根据微纳观显微视频系统采集的工件加工信息及时对工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构作出操控指令，实现了对工件的精确加工，提高了成品质量，同时也提高了加工效率。2、本专利技术在工作台上设置压电力觉传感器，在微纳显微视频出现遮挡或失效等情况，无法对工件加工和麻花钻的位置进行精确采集而使整个加工系统丧失伺服控制能力的时候，可以借助该压电力觉传感器来判断麻花钻和工件间的接触情况，进而实现精确定位，为工件的精确加工提供了有力的保障。3、本专利技术通过角度传感器进行相邻两机械臂的弯曲度检测，通过直线光栅尺对工作台X向的直线运动、工作台Y向的直线运动以及麻花钻X向的直线运动进行检测，通过旋转光电编码器对工作台沿Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统以及控制系统；所述多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括用于放置工件的工作台以及带动工作台运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构；钻削装置设置在工作台的上方，所述钻削装置包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构；微纳观显微视频系统设置在机床底座上，且微纳观显微视频系统设置在多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统；控制系统用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作。

【技术特征摘要】
1.一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，包括机床底座、钻削装置、多自由度工作台系统、微纳观显微视频系统以及控制系统；所述多自由度工作台系统设置在机床底座上，多自由度工作台系统包括用于放置工件的工作台以及带动工作台运动的工作台驱动装置，所述工作台驱动装置包括带动工作台沿X轴做直线运动的工作台X向驱动机构、带动工作台沿Y轴做直线运动的工作台Y向驱动机构以及带动工作台绕Y轴摆动的工作台摆动驱动机构；钻削装置设置在工作台的上方，所述钻削装置包括钻头部、带动钻头部沿X轴做直线运动的钻头X向驱动机构以及带动钻头部摆动的钻头摆动驱动机构；微纳观显微视频系统设置在机床底座上，且微纳观显微视频系统设置在多自由度工作台系统一侧，微纳观显微视频系统用于对工作台上的工件加工过程进行图像采集分析并及时将采集分析数据传输至控制系统；控制系统用于实时控制工作台X向驱动机构、工作台Y向驱动机构、工作台摆动驱动机构、钻头X向驱动机构以及钻头摆动驱动机构的动作。2.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，所述钻头摆动驱动机构包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第一转轴、第二转轴及第三转轴，第一机械臂的顶端与钻头X向驱动机构相连，第一机械臂的底端通过第一转轴与第二机械臂的一端转动连接，第二机械臂的另一端通过第二转轴与第三机械臂的一端转动连接，第三机械臂的另一端通过第三转轴与钻头部转动连接；所述钻头摆动驱动机构还包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第一谐波减速器和第二谐波减速器，第一伺服电机的输出轴通过第一谐波减速器与第一转轴相连，第二伺服电机的输出轴通过第二谐波减速器与第二转轴相连，第三伺服电机的输出轴通过第三谐波减速器与第三转轴相连；所述第一、第二、第三转轴上均设置有角度传感器。3.根据权利要求1所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，所述钻头部包括机械手腕、设置在机械手腕底部的多个气动主轴以及设置在气动主轴上的麻花钻，一根气动主轴上对应设置一个麻花钻；机械手腕的内部设置有带动气动主轴旋转的气动主轴旋转驱动机构，气动主轴旋转驱动机构包括第四伺服电机、阶梯轴及用于固定气动主轴的固定卡套，第四伺服电机设置在机械手腕的腕部，阶梯轴与第四伺服电机的输出轴相连，固定卡套的数量与气动主轴的数量相等，一个固定卡套对应安装一根气动主轴，固定卡套围绕在阶梯轴周边，且各固定卡套均与阶梯轴相连并由阶梯轴带动旋转。4.根据权利要求2所述的一种微纳观尺度微小孔加工机床，其特征在于，所述钻头X向驱动机构包括机械臂顶座和钻头X向直线电机，机械臂顶座的底部与第一机械臂的顶端相连，机械臂顶座与钻头X向直线电机相连，机械臂顶座在钻头X向直线电机的带动下沿X轴做直线运动。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金峰，唐微，封超，马芸慧，王帅，许芝令，金永山，高丽，田和强，钟佩思，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37