一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，属于超精密加工技术领域；包括高速主轴轴体和直线驱动机构，高速主轴轴体包括设置在轴体外部的外壳和节流器套筒、内部的转子、以及外部与内部之间的上止推节流器和下止推节流器；直线驱动机构采用压电扫描台并固定连接在节流器套筒的上端面上；上止推节流器和下止推节流器的轴向上设置有多个相互连通且为转子提供轴向悬浮支撑的压力孔，上止推节流器的上端节流段上设置有与压力孔连通的径向通气孔。本发明专利技术通过上、下止推节流器小孔节流原理为转子提供轴向和径向悬浮的支撑力，结合磁钢控制转子旋转，使主轴的旋转与直线运动在一个装置中同时完成，增加加工主轴的刚度，便于系统控制。便于系统控制。便于系统控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置


[0001]本专利技术涉及一种超精密加工的主轴装置，具体涉及一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，属于超精密加工


技术介绍

[0002]超精密加工技术是获得光学元器件、芯片表面复杂微结构的重要加工方法，在尖端武器装备和和高科技民用产品制造发挥着重要的支撑作用，对保障国家安全、增强综合国力具有重要的战略意义。
[0003]目前超精密加工常常使用多轴加工和快慢刀伺服加工技术，但是在多轴加工技术中，随着轴数的增加，系统的控制能力就会变弱，刚度降低，导致操作的难度加大，不利于进行精确的加工。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：克服现有技术中存在的不足，提供一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，通过上、下止推节流器小孔节流原理为转子提供轴向和径向悬浮的支撑力，结合磁钢控制转子旋转，使主轴的旋转与直线运动在一个装置中同时完成，增加加工主轴的刚度，便于系统控制。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，包括高速主轴轴体和直线驱动机构，所述高速主轴轴体包括外壳、节流器套筒、转子、上止推节流器和下止推节流器，所述节流器套筒包括上端的大径筒和下端的小径筒，大径筒的中上段内部轴向设置第一台阶槽，第一台阶槽的下端面中心连通设置套筒轴孔；所述直线驱动机构采用压电扫描台，压电扫描台固定连接在所述大径筒的上端面上；所述上止推节流器包括底部连接座和上端节流段，上端节流段设置在所述套筒轴孔内，底部连接座与下止推节流器的两者端面外环之间设置垫环，下止推节流器、垫环和上止推节流器通过紧固螺钉一起固定连接在所述小径筒的下端面上，所述外壳配合连接在下止推节流器、垫环、上止推节流器和小径筒的外部；所述转子设置在上止推节流器和下止推节流器内部设置的转子孔内，且位于转子孔上端的转子外缘上套装有磁钢，磁钢的外部对应设置有连接在所述第一台阶槽内的环形线圈；所述转子的下部设置法兰圆盘结构，法兰圆盘结构对应设置在由所述底部连接座与下止推节流器的两者端面内环之间组成的空腔内；所述上止推节流器和下止推节流器的轴向上设置有多个相互连通且为转子提供轴向悬浮支撑的压力孔，上止推节流器的上端节流段上设置有与压力孔连通的径向通气孔。
[0006]所述上止推节流器和下止推节流器的内部轴向分别设置有同孔径的上止推转子孔、下止推转子孔，上止推转子孔和下止推转子孔的外部分别沿圆周方向均匀分布有多个同孔径且径向连通的上止推压力孔、下止推压力孔；下止推节流器的外部侧面上分别设置有与下止推压力孔连通的下止推第一进气孔、与下止推转子孔连通的下止推第二进气孔，下止推第一进气孔和下止推第二进气孔与下止推节流器的上端面之间均连通有下止推侧
面通气孔，其中下止推压力孔与下止推节流器的上端面连通；上止推节流器的底部连接座侧面上分别设置有与上止推压力孔连通的上止推进气孔、与上止推转子孔连通的上止推出气孔，上止推进气孔和上止推出气孔与底部连接座的下端面之间均连通有上止推侧面通气孔，上止推出气孔与上端节流段的上端面之间连通有轴向连通孔；上端节流段的中部外端侧面上设置有连通轴向连通孔的中部出气孔，上端节流段的上部和下部的外端侧面上设置有多排沿圆周方向均匀分布的多个径向通气孔，其中上止推压力孔的上端与靠近底部连接座的一排径向通气孔连通、下端与底部连接座的下底面连通；所述上止推节流器中的上止推压力孔、上止推侧面通气孔与下止推节流器中的下止推压力孔、止推侧面通气孔的所有孔径位置均一一对应。
[0007]所述上端节流段的顶部外沿上设置有凸出环槽，位于凸出环槽下端的上端节流段外缘与套筒轴孔之间，以及上止推转子孔和下止推转子孔与转子之间均设置有旋转间隙；所述大径筒的下段外侧面上径向设置有连通套筒轴孔的套筒进气孔；所述上止推节流器中的上止推压力孔、上止推侧面通气孔与下止推节流器中的下止推压力孔、止推侧面通气孔一起组成为转子提供轴向悬浮的支撑力；所述上止推节流器中的中部出气孔、径向通气孔与节流器套筒中的套筒进气孔一起组成为转子提供径向悬浮的支撑力。
[0008]所述上端节流段的底部外沿上对应凸出环槽中部的槽深还设置有凹槽，凸出环槽和凹槽与套筒轴孔之间通过密封圈密封连接。
[0009]所述节流器套筒下端小径筒的下端面上沿圆周方向均匀分布有多个套筒沉孔，所述上止推节流器的底部连接座、下止推节流器和垫环上分别对应套筒沉孔设置有上止推螺栓孔、下止推螺栓孔和垫环螺栓孔；下止推节流器、垫环和上止推节流器上的螺栓孔通过紧固螺钉依次固定连接在节流器套筒上的多个套筒沉孔内。
[0010]所述节流器套筒上端大径筒的上端环面上沿圆周方向均匀分布有多个套筒通孔，压电扫描台和节流器套筒中的套筒通孔之间通过螺栓固定连接；大径筒的上端内环面上设置有与第一台阶槽连通的第二台阶槽，第二台阶槽上通过螺栓连接有与压电扫描台电连接的转速传感器。
[0011]所述下止推节流器的端面上沿圆周方向均匀分布有多个下止推螺纹通孔，下止推螺纹通孔与下止推螺栓孔之间间隔分布，下止推节流器的下端面上设置有前盖板，前盖板通过螺栓固定连接在下止推螺纹通孔内；下止推节流器的下端面上还设置有双环槽，双环槽的中部与下止推压力孔连通，双环槽与前盖板之间通过密封圈密封连接。
[0012]所述转子的上部还设置有限制磁钢轴向位移的安装盘，安装盘通过螺钉固定连接在转子的上端面上。
[0013]所述压电扫描台包括上连接板、下连接板和多个压电促动器，压电促动器通过粘接方式固定连接在上连接板和下连接板之间，下连接板与节流器套筒之间均通过螺栓固定连接；压电扫描台通过数据线和电压控制器连接上位机，通过控制压电促动器的纵向位移带动下连接板进行直线移动。
[0014]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术装置通过上、下止推节流器小孔节流原理为转子提供轴向和径向悬浮的支撑力，结合磁钢控制转子旋转以及直线驱动机构控制主轴移动，使主轴的旋转与直线运动在一个装置中同时完成，达到了高速主轴直线与旋转的复合运动，增加了加工主轴的刚
度，便于系统控制；同时利用转速传感器对转子转速进行控制，实现了微米级别高精度加工；与传统加工主轴相比，加工精度高，加工过程无噪声，没有油污染的危险并且降低磨损提高转子的寿命。
[0015]2）本专利技术通过上止推节流器和下止推节流器向转子和节流器之间输送高压气体，使转子与节流器之间充满高压气体，并依靠压力出气孔和径向通气孔实现气体的内部循环，结合密封圈的使用依靠高压气体将转子悬浮支撑起来，与以往的电动机驱动方式不同，转子由气压和电磁压力共同支撑，没有直接接触，具有回转精度高，运行噪声低，没有油污染的优点。
[0016]3）本专利技术成果将为光学元器件、芯片表面复杂微结构超精密加工提供理论与技术支撑，对提升精密加工装备技术、开发先进光学元器件、增强我国芯片制造水平具有积极的意义。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的装配结构示意图；图2为本专利技术装配体结构的爆炸图；图3为图1中节流器套筒的俯视图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，其特征在于：包括高速主轴轴体和直线驱动机构，所述高速主轴轴体包括外壳（1）、节流器套筒（2）、转子（3）、上止推节流器（4）和下止推节流器（5），所述节流器套筒（2）包括上端的大径筒和下端的小径筒，大径筒的中上段内部轴向设置第一台阶槽（201），第一台阶槽（201）的下端面中心连通设置套筒轴孔（202）；所述直线驱动机构采用压电扫描台（6），压电扫描台（6）固定连接在所述大径筒的上端面上；所述上止推节流器（4）包括底部连接座和上端节流段，上端节流段设置在所述套筒轴孔（202）内，底部连接座与下止推节流器（5）的两者端面外环之间设置垫环（7），下止推节流器（5）、垫环（7）和上止推节流器（4）通过紧固螺钉（8）一起固定连接在所述小径筒的下端面上，所述外壳（1）配合连接在下止推节流器（5）、垫环（7）、上止推节流器（4）和小径筒的外部；所述转子（3）设置在上止推节流器（4）和下止推节流器（5）内部设置的转子孔内，且位于转子孔上端的转子（3）外缘上套装有磁钢（9），磁钢（9）的外部对应设置有连接在所述第一台阶槽（201）内的环形线圈（10）；所述转子（3）的下部设置法兰圆盘结构（301），法兰圆盘结构（301）对应设置在由所述底部连接座与下止推节流器（5）的两者端面内环之间组成的空腔内；所述上止推节流器（4）和下止推节流器（5）的轴向上设置有多个相互连通且为转子（3）提供轴向悬浮支撑的压力孔，上止推节流器（4）的上端节流段上设置有与压力孔连通的径向通气孔。2.根据权利要求1所述的一种用于超精密加工的轴向进给和旋转装置，其特征在于：所述上止推节流器（4）和下止推节流器（5）的内部轴向分别设置有同孔径的上止推转子孔（401）、下止推转子孔（501），上止推转子孔（401）和下止推转子孔（501）的外部分别沿圆周方向均匀分布有多个同孔径且径向连通的上止推压力孔（402）、下止推压力孔（502）；下止推节流器（5）的外部侧面上分别设置有与下止推压力孔（502）连通的下止推第一进气孔（503）、与下止推转子孔（501）连通的下止推第二进气孔（504），下止推第一进气孔（503）和下止推第二进气孔（504）与下止推节流器（5）的上端面之间均连通有下止推侧面通气孔（505），其中下止推压力孔（502）与下止推节流器（5）的上端面连通；上止推节流器（4）的底部连接座侧面上分别设置有与上止推压力孔（402）连通的上止推进气孔（403）、与上止推转子孔（401）连通的上止推出气孔（404），上止推进气孔（403）和上止推出气孔（404）与底部连接座的下端面之间均连通有上止推侧面通气孔（405），上止推出气孔（404）与上端节流段的上端面之间连通有轴向连通孔（406）；上端节流段的中部外端侧面上设置有连通轴向连通孔（406）的中部出气孔（407），上端节流段的上部和下部的外端侧面上设置有多排沿圆周方向均匀分布的多个径向通气孔（408），其中上止推压力孔（402）的上端与靠近底部连接座的一排径向通气孔（408）连通、下端与底部连接座的下底面连通；所述上止推节流器（4）中的上止推压力孔（402）、上止推侧面通气孔（405）与下止推节流器（5）中的下止推压力孔（502）、止推侧面通气孔（505）的所有孔径位置均一一对应。3.根据权利要求2所述的一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洋，边振国，孙沐邦，闫宪峰，赵屹涛，
申请(专利权)人：山西省机电设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：