一种精密调整位姿的离轴车削夹具制造技术

本实用新型专利技术涉及一种精密调整位姿的离轴车削夹具，属于超精密加工和光学零件加工等技术领域。用周向均布的平行式位姿运动机构实现离轴自由曲面工件的位姿运动；通过精密齿轮齿条机构对位姿进行精密联动调整；利用手动预夹紧及离心力自夹紧复合机构实现工件的夹紧和位姿再锁定。优点在于：不需要毛坯母体做基体，减少浪费，离轴量可调，加工柔性大，不仅可实现自由曲面之离轴安装位置的调整，而且可实现姿态的调整，更为重要的是这种位姿调整均通过联动实现，可保持位姿的精确性和同步性，并且装置简单可靠，可大大降低离轴自由曲面工件加工时的非回转对称度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于超精密加工和光学零件加工
，涉及一种精密调整位姿的离轴车削夹具，可实现自由曲面工件之离轴安装位置和姿态的精密联动调整。
技术介绍
与传统的回转对称光学曲面相比，光学自由曲面具有许多优良性能，例如可克服光学系统各种像差，改善光学性能，减缩光学系统的尺寸，使光学系统轻量化。光学自由曲面不仅在航天航空和国防等工业领域中有着重要的应用，而且在面向消费者的工业领域也有着广泛的应用需求。目前关于光学自由曲面的加工方法主要涉及复制成型，CNC磨削/ 研磨/抛光，飞切加工，基于快速刀具伺服(Fast Tool krvo，以下简称FTS)和慢溜板伺服 (Slow Slide Servo)的金刚石车削等。在这些光学自由曲面加工方法中，基于FTS的金刚石车削被认为是最有发展前途的加工方法，但仍存在一些问题有待解决。在车削加工中，工件与金刚石车床主轴通常是同轴安装的，即共轴车削。随着刀具接触点的回转半径减小，接触点的切削速度也在逐渐减小，甚至在工件安装中心处趋近于零，这极大影响了工件安装中心处的加工质量。为消除该影响，可将工件与主轴采用非共轴方式安装，使待加工的工件几何轴线偏离主轴回转中心线以确保每个刀具接触点的速度皆不为零，即所谓的离轴车削方式。离轴车削可以避免切削速度为零的问题。在现有的关于工件离轴安装的技术方案中，主要包括如下两种( 1)根据所需的离轴量，在毛坯母体上打孔后嵌入若干个子体工件，整体加工完成后再将所需的子体工件取出。该方法只适用于母体回转对称的离轴非球面车削；由于加工中离轴非球面安装需要100%的离轴量，故受到机床加工空间限制；此外，该方法装夹需要不同规格的毛坯母体，造成不必要的浪费。(2)将圆盘基体夹持在主轴上，在圆盘基体上沿径向按不同离轴量打出一系列孔， 将不同离轴量的非球面工件装夹在相应的孔中进行加工。该方法的离轴量也是不可调整的，夹具缺乏柔性。综上所述，现有的关于工件离轴安装的技术方案，存在的问题主要在于(1)基本上都是针对离轴非球面的离轴车削，工件的离轴安装位置必须满足离轴非球面的偏移位置，不适合其它类型自由曲面的离轴车削；(2)工件装夹在基体上以后无法进行安装位姿的精确调整，尤其是无法对不同方向的工件实现联动调整。
技术实现思路
本技术提供一种精密调整位姿的离轴车削夹具，实现自由曲面工件之离轴安装位置和姿态的精密联动调整，抑制共轴车削时工件中心切削速度为零的问题，减少自由曲面的非回转对称性。本技术采取的技术方案是(1)包括周向均布的平行式位姿运动机构，用于实现离轴自由曲面工件的位姿运动；(2)包括姿态调节及锁紧机构和位置调节及锁紧机构，通过精密齿轮齿条机构对离轴自由曲面工件的位姿进行精密联动调整；(3)包括手动预夹紧及离心力自夹紧复合机构，用于实现工件的固定和位姿再锁定。本技术一种实施方式是以夹具体母体为基体，姿态调节及锁紧机构以螺纹联接方式固联于夹具体母体之上，位置调节及锁紧机构以螺纹联接方式固联于夹具体母体之上；姿态调整联动推杆嵌入夹具体母体的中心孔内、周向采用定位键定位；三楔面联动推杆嵌入姿态调整联动推杆中心孔内，且前端三个楔面分别接触配合于工件固定基体一、 工件固定基体二、工件固定基体三的径向受力柱、周向采用定位键定位；平行式位姿运动机构一、平行式位姿运动机构二、平行式位姿运动机构三主动运动部分分别以螺纹联接方式固联于夹具体母体之前端、各平行式位姿运动机构的从动运动部分分别以螺纹联接方式固联于工件固定基体一、工件固定基体二、工件固定基体三之后端的固定连接槽；夹紧用之离心力飞锤一、离心力飞锤二、离心力飞锤三嵌入夹具体母体上部凹槽内，夹紧板一、夹紧板二、夹紧板三、夹紧板四、夹紧板五、夹紧板六压入夹具体母体前端弧形槽内，其一端以锥面同离心力飞锤一、离心力飞锤二、离心力飞锤三配合传递夹紧力、另一端与平行式位姿运动机构一、平行式位姿运动机构二、平行式位姿运动机构三接触夹紧；预紧锥形套套于夹具体母体外圆表面，预紧锥形套前端锥形部与离心力飞锤一、离心力飞锤二、离心力飞锤三之锥形部接触配合、采用定位键定位；预紧螺母与夹具体母体螺纹连接，从夹具体母体后端旋入后直接接触预紧锥形套，用以推动预紧锥形套；主轴联接部以螺纹方式联接固联于夹具体母体尾部，定位孔分别位于工件固定基体一、工件固定基体二、工件固定基体三上。本技术的优点在于不需要毛坯母体做基体，减少浪费，离轴量可调，加工柔性大；不仅可实现自由曲面之离轴安装位置的调整，而且可实现姿态的调整，更为重要的是这种位姿调整均通过联动实现，可保持位姿的精确性和同步性；本技术不仅适用于 100%离轴量类型的车削加工，还适用于其他类型自由曲面的离轴车削；图1中，示出了工件的离轴安装位姿调整可减少自由曲面的非回转对称性，图1选取了二次曲面z=x2+y2上的 x2+(y-4)2<=l离轴车削时的部分数据。图Ia示出了在离轴偏移量为零的情况下，共轴车削， Z轴的往复运动幅度可达到30Mm ；图Ib示出了调整离轴偏移量，可减少Z轴的往复运动幅度；在图Ic中，进一步示出了当同时调整离轴偏移量和摆动角时，可使Z轴的往复运动幅度减少到6Mm。如此可见，离轴加工中用本技术夹具同时对工件的位置和姿态进行联动调整会极大降低自由曲面的非回转对称性。本技术可应用于各种材料的自由曲面的离轴车削加工。附图说明图1是调整离轴安装位置和姿态以减少非回转对称性的示意图，是共轴车削情况；图2是调整离轴安装位置和姿态以减少非回转对称性的示意图，是离轴车削K=2情况；图3是调整离轴安装位置和姿态以减少非回转对称性的示意图，是离轴车削K=2 转角Α=45°情况；图4是位姿运动机构的原理图，a、b、c、d是铰点；①、②、③、④是连杆；I、II是动力杆；图5 是位姿运动机构布置图，al、a2、a3、b 1、b2、b3、c 1、c2、c3、dl、d2、d3 是不同分布方向上铰链点编号；图6是位姿运动机构联动调整示意图；图7是位姿运动机构运动副及夹持机构联接示意图；图8是夹具体与主轴联接部示意图，Ia-莫氏锥体；Ib-夹具体联接孔；Ic-主轴联接孔；图9是夹具体整体轴测示意图；图10是移除工件固定基体6b后的整体轴测示意图；图11是夹具体内部结构轴测示意图；图12是径向位置联动调节机构轴测示意图；图13是姿态联动调节机构轴测示意图；图14是平行式位姿运动机构的联接处截面示意图，5al_配合用锥形孔径向平行板々a3-轴向平行板圆锥形轴尖销弹性片；图15是夹具体母体部分轴测示意图；图16是夹具体母体部分另一方向轴测示意图；图17是夹具体姿态调整联动推杆轴测示意图；图18是夹具体姿态调整联动推杆另一方向轴测示意图；图19是夹具预紧锥形套轴测示意图；图20是工件固定基体轴测示意图；图21是工件固定基体另一方向轴测示意图，6bl_工件固定基体6b之径向受力柱； 6b2-工件固定基体6b之固定联接槽。具体实施方式(1)包括周向均布的平行式位姿运动机构，用于实现离轴自由曲面工件的位姿运动；(2)包括姿态调节及锁紧机构和位置调节及锁紧机构，通过精密齿轮齿条机构对离轴自由曲面工件的位姿进行精密联动调整；(3)包括手动预夹紧及离心力自夹紧复合机构，用于实现工件的固定和位姿再本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种精密调整位姿的离轴车削夹具，其特征在于：（１）包括周向均布的平行式位姿运动机构，用于实现离轴自由曲面工件的位姿运动；（２）包括姿态调节及锁紧机构和位置调节及锁紧机构，通过精密齿轮齿条机构对离轴自由曲面工件的位姿进行精密联动调整；（３）包括手动预夹紧及离心力自夹紧复合机构，用于实现工件的固定和位姿再锁定。

【技术特征摘要】
1.一种精密调整位姿的离轴车削夹具，其特征在于(1)包括周向均布的平行式位姿运动机构，用于实现离轴自由曲面工件的位姿运动；(2)包括姿态调节及锁紧机构和位置调节及锁紧机构，通过精密齿轮齿条机构对离轴自由曲面工件的位姿进行精密联动调整；(3)包括手动预夹紧及离心力自夹紧复合机构，用于实现工件的固定和位姿再锁定。2.根据权利要求1所述的一种精密调整位姿的离轴车削夹具，其特征在于以夹具体母体为基体，姿态调节及锁紧机构以螺纹联接方式固联于夹具体母体之上，位置调节及锁紧机构以螺纹联接方式固联于夹具体母体之上；姿态调整联动推杆嵌入夹具体母体的中心孔内、周向采用定位键定位；三楔面联动推杆嵌入姿态调整联动推杆中心孔内，且前端三个楔面分别接触配合于工件固定基体一、工件固定基体二、工件固定基体三的径向受力柱、周向采用定位键定位；平行式位姿运动机构一、平行式位姿运动机构二、平行式位姿运动机构三主动运动部分分别以螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓勤，赵绍昕，王刚，朱志伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82