本發(fā)明涉及的是快刀伺服機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

車削加工過程中分為快刀伺服加工和慢刀伺服加工?？斓端欧囅髋c慢刀伺服的差別在于：將被加工的復(fù)雜形面分解為回轉(zhuǎn)形面和形面上的微結(jié)構(gòu)，然后將兩者疊加。由X軸和Z軸進(jìn)給實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)形面的軌跡運(yùn)動(dòng)，對車床主軸只進(jìn)行位置檢測并不進(jìn)行軌跡控制，借助安裝在Z軸但獨(dú)立于車床數(shù)控系統(tǒng)之外的冗余運(yùn)動(dòng)軸來驅(qū)動(dòng)刀具，完成車削微結(jié)構(gòu)形面所需的Z軸運(yùn)動(dòng)。這種加工方法具有高頻響、高剛度、高定位精度的特點(diǎn)。現(xiàn)有快刀伺服裝置在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，操作起來比較麻煩，也缺少對刀頭運(yùn)動(dòng)軌跡的隨時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，導(dǎo)致整體上的加工精度不能很好的保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)問題提出的一種大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，采用氣體靜壓導(dǎo)軌、音圈電機(jī)和激光干涉儀的配合，滿足自由曲面和微結(jié)構(gòu)表面加工需要，提高對漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的加工精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)，包括機(jī)構(gòu)支撐座、音圈電機(jī)組件、氣浮導(dǎo)軌組件、滑臺和刀具，所述機(jī)構(gòu)支撐座內(nèi)底部端面上設(shè)置氣浮導(dǎo)軌組件，所述氣浮導(dǎo)軌組件的上端活動(dòng)設(shè)置滑臺，所述滑臺的一端穿過機(jī)構(gòu)支撐座后固定刀具，所述滑臺的另一端連接音圈電機(jī)組件。

具體的，所述音圈電機(jī)組件包括電機(jī)定子、環(huán)狀槽、電機(jī)動(dòng)子、動(dòng)子線圈和永磁體，所述電機(jī)定子一端設(shè)置環(huán)狀槽，所述電機(jī)動(dòng)子插設(shè)在電機(jī)定子上環(huán)狀槽中，所述動(dòng)子線圈包設(shè)在電機(jī)動(dòng)子的外圍，所述永磁體設(shè)置在動(dòng)子線圈和電機(jī)定子之間。

進(jìn)一步地限定，上述技術(shù)方案中，所述音圈電機(jī)組件的外部設(shè)置外殼。

具體的，所述氣浮導(dǎo)軌組件包括滑動(dòng)軸、軸承定子和通孔，所述滑動(dòng)軸穿設(shè)在軸承定子上，所述軸承定子徑向上設(shè)置多個(gè)通孔。

進(jìn)一步地限定，上述技術(shù)方案中，所述滑臺內(nèi)水平設(shè)置多個(gè)圓槽，所述圓槽下端設(shè)置多個(gè)冷卻水孔。

進(jìn)一步地限定，上述技術(shù)方案中，所述機(jī)構(gòu)支撐座的上端設(shè)置進(jìn)水管。

進(jìn)一步地限定，上述技術(shù)方案中，所述大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)還包括激光干涉儀，所述激光干涉儀包括接收端和發(fā)射端；所述接收端設(shè)置滑臺內(nèi)圓槽的端部，所述發(fā)射端設(shè)置在外殼的一側(cè)，所述接收端和發(fā)射端之間通過導(dǎo)線連接。

采用上述結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)簡單，采用氣體靜壓導(dǎo)軌、音圈電機(jī)和激光干涉儀的配合，滿足自由曲面和微結(jié)構(gòu)表面加工需要，對快刀伺服加工進(jìn)行準(zhǔn)確測量，提高對漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的加工精度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖3是本發(fā)明中音圈電機(jī)組件A的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中氣浮導(dǎo)軌組件B的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中氣浮導(dǎo)軌組件B的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為機(jī)構(gòu)支撐座，2為滑臺，3為刀具，4為電機(jī)定子，5為環(huán)狀槽，6為電機(jī)動(dòng)子，7為動(dòng)子線圈，8為永磁體，9為外殼，10為滑動(dòng)軸，11為軸承定子，12為通孔，13為圓槽，14為冷卻水孔，15為進(jìn)水管，16為接收端，17為發(fā)射端,A為音圈電機(jī)組件，B為氣浮導(dǎo)軌組件。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“一端”、“另一端”、“底部”、“上端”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1～5所示的是一種大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)，包括機(jī)構(gòu)支撐座1、音圈電機(jī)組件A、氣浮導(dǎo)軌組件B、滑臺2和刀具3，機(jī)構(gòu)支撐座1內(nèi)底部端面上設(shè)置氣浮導(dǎo)軌組件B，氣浮導(dǎo)軌組件B的上端活動(dòng)設(shè)置滑臺2，滑臺2的一端穿過機(jī)構(gòu)支撐座1后固定刀具3，滑臺2的另一端連接音圈電機(jī)組件A。

其中，音圈電機(jī)組件A包括電機(jī)定子4、環(huán)狀槽5、電機(jī)動(dòng)子6、動(dòng)子線圈7和永磁體8，電機(jī)定子4一端設(shè)置環(huán)狀槽5，電機(jī)動(dòng)子6插設(shè)在電機(jī)定子4上環(huán)狀槽5中，動(dòng)子線圈7包設(shè)在電機(jī)動(dòng)子6的外圍，永磁體8設(shè)置在動(dòng)子線圈7和電機(jī)定子4之間。音圈電機(jī)組件A的外部設(shè)置外殼9。氣浮導(dǎo)軌組件B包括滑動(dòng)軸10、軸承定子11和通孔12，滑動(dòng)軸10穿設(shè)在軸承定子11上，軸承定子11徑向上設(shè)置多個(gè)通孔12。滑臺2內(nèi)水平設(shè)置多個(gè)圓槽13，圓槽13下端設(shè)置多個(gè)冷卻水孔14。機(jī)構(gòu)支撐座1的上端設(shè)置進(jìn)水管15。大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)還包括激光干涉儀，激光干涉儀包括接收端16和發(fā)射端17；接收端16設(shè)置滑臺2內(nèi)圓槽13的端部，發(fā)射端17設(shè)置在外殼9的一側(cè)，接收端16和發(fā)射端17之間通過導(dǎo)線連接。

該大行程快刀伺服機(jī)構(gòu)的操作原理如下：

音圈電機(jī)組件A與滑臺2的尾部連接，音圈電機(jī)組件A會驅(qū)動(dòng)滑臺2進(jìn)行往復(fù)式的直線運(yùn)動(dòng)?；_2由氣浮導(dǎo)軌組件B支撐，氣浮導(dǎo)軌組件B通常采用氣浮導(dǎo)軌，滑臺2的前部通過固定螺釘固定刀具3，這樣滑臺2會帶動(dòng)刀具3進(jìn)行高頻式往復(fù)直線運(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)對自由曲面的加工。在滑臺2內(nèi)圓槽13端部設(shè)置接收端16，在外殼9的一側(cè)設(shè)置發(fā)射端16，采用發(fā)射端16和接收端17的配合使用，可以對其加工過程進(jìn)行監(jiān)測。

對于快刀伺服系統(tǒng)的氣浮導(dǎo)軌組件，快刀伺服系統(tǒng)刀具要求有精密的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度要求很高，因此快刀伺服系統(tǒng)選擇氣體靜壓導(dǎo)軌，氣體靜壓導(dǎo)軌相對于滾珠絲杠導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，而且對于這種加工行程特別小，精度要求特別高的場合，對滾珠絲杠的加工工藝要求很苛刻，采用氣體靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在加工過程中因機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量很少，能滿足加工要求。

針對加工精度要求，快刀伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度至少要達(dá)到0.1μm，且具有較高的工作頻率，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇是快刀伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究內(nèi)容。對于常見的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)精度可以達(dá)到納米級，工作頻率也能滿足要求，但是壓電陶瓷的工作行程只有幾十微米，遠(yuǎn)小于鏡片加工需要的行程。綜合考慮加工要求，選擇音圈電機(jī)組件A作為快刀伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。音圈電機(jī)組件響應(yīng)頻率能達(dá)到數(shù)百赫茲，直線式音圈電機(jī)組件A運(yùn)動(dòng)行程從一毫米到幾十毫米，定位精度能達(dá)到0.1μm以下，而且音圈電機(jī)組件要比壓電陶瓷的推力大很多，在快刀伺服機(jī)構(gòu)高速切削工件時(shí)，音圈電機(jī)組件A推動(dòng)滑臺2帶動(dòng)刀架作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加速度有一定要求，音圈電機(jī)組件A加速度能達(dá)到20g，完全能滿足漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的加工要求。

在本發(fā)明中，激光干涉儀可以采用單頻激光干涉儀或者雙頻激光干涉儀。激光干涉儀的操作原理是利用光電轉(zhuǎn)換原理，將物體的位移直接轉(zhuǎn)化為電信號，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，線性分辨力可達(dá)到，完全可以達(dá)到快刀伺服機(jī)構(gòu)的測量精度。單頻激光干涉儀的操作原理：從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù)，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式式中λ為激光波長(N為電脈沖總數(shù))，算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí)，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。雙頻激光干涉儀的操作原理：在氦氖激光器上，加上一個(gè)約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng),激光器產(chǎn)生f1和f2兩個(gè)不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個(gè)互相垂直的線偏振光,再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束,另一路成為僅含有f2的光束。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí),含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)反射鏡反射后成為含有f2±Δf的光束，Δf是可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負(fù)號表示移動(dòng)方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運(yùn)動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進(jìn)入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行當(dāng)量換算(乘1/2激光波長)后即可得出可動(dòng)反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對由光強(qiáng)變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強(qiáng)。它常用于檢定測長機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)、光刻機(jī)和加工中心等的坐標(biāo)精度，也可用作測長機(jī)、高精度三坐標(biāo)測量機(jī)等的測量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進(jìn)行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對本實(shí)施方式作出多種變更或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。