[发明专利]一种自由曲面加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种自由曲面加工装置。

背景技术

自由曲面包括任意非传统、非对称的曲面、微结构阵列和参数向量表示的任何形状的曲面，它可以把多个光学功能集中在一个光学元件上。基于该特点，自由曲面在光学系统中得到了越来越广泛的应用。比如，渐进多交点眼镜镜片可以有效地把矫正老花眼视力和近视眼实力结合起来，使用一副眼镜同时能够清楚地看到远处和近处，极大地方便了眼镜配戴者。

目前，用于自由曲面加工的机床，特别是渐进多焦点眼镜镜片加工的机床主要有三种类型：

1、基于车床的自由曲面加工机床。其刀具设置在十字工作台上，实现相对于工件的轴向与径向移动；同时，工作台上可以配列不同的刀具，如车刀，铣刀和磨头。在加工过程中，通常把工件的切削余量分成粗切和精切两道工序进行，以提高加工效率；这样，为满足加工自由曲面的工艺要求，每个刀具都有自己的快速驱动，从而导致机床成本较高。

2、基于车铣床的自由曲面加工机床。其工件轴设置在一个可以实现快速直线移动的滑台上，而刀具设置在一个慢速移动的滑台上。加工自由曲面时，工件轴滑台带动工件轴沿轴向快速移动，其移动的最大加速度和定位精度直接影响加工效率和质量。由于这种布局的机床的工件轴采用电主轴，快速移动的质量包括工件轴本身和驱动电机以及工件夹紧气缸和滑块等相关部件；也就是说，需要加速的质量较大；这样，在实际使用过程中制约了可以实现的最大加速度，存在加工效率较低的缺陷。

3、基于加工自由曲面的特种机床。此类机床从原理上接近于基于车铣床的自由曲面加工机床，其主要区别在于把工件轴滑台设置在一个回转轴上。但是，需要加速的质量仍然与基于车铣床的机床相同，同样存在加工效率较低的缺陷。

有鉴于此，亟待针对现有的自由曲面加工机床进行优化设计，以克服机床制造成本过高及加工效率较低的问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种结构优化的自由曲面加工装置，以在有效控制机床制造成本的基础上，提高加工效率。

本发明提供的自由曲面加工装置，包括工件轴单元、驱动所述工件轴单元转动的驱动单元、驱动所述工件轴单元快速轴向位移的工件轴进给单元、刀具单元以及驱动所述刀具单元慢速轴向和径向位移的刀具进给单元；还包括设置在所述工件轴单元与所述驱动单元之间的联轴器，所述驱动单元固定设置且所述工件轴单元可相对于所述驱动单元轴向位移。

优选地，所述联轴器具体为固定在所述工件轴单元上的联轴套，所述联轴套与所述驱动单元的输出轴之间可轴向滑动，且两者的横截面为相适配的多边形。

优选地，所述工件轴单元包括工件轴头、工件轴和弹性夹头；其中，所述工件轴头与所述工件轴进给单元相连，所述工件轴通过所述联轴套与所述驱动单元连接；所述弹性夹头的一端具有夹持工件的夹爪，其另一端的外沿与所述工件轴头的外端面相抵压，且所述工件轴的自由端经所述工件轴头穿出后与所述弹性夹头相连；且在工件轴进给单元的作用下，所述工件轴头向工件方向或者工件相反方向位移第一距离，所述弹性夹头与所述工件轴头的外端面抵压并产生弹性变形夹紧工件或者与所述工件轴头分离并松开工件。

优选地，所述工件轴单元还包括限位部件和弹性部件；其中，所述限位部件设置在所述工件轴头另一侧的所述工件轴上；所述弹性部件预压缩设置在所述工件轴头与所述限位部件之间，所述弹性夹头的夹爪呈夹紧工件状；且所述驱动单元的输出轴与所述工件轴之间具有预设的第二距离，所述第二距离小于所述第一距离；当所述工件轴头向工件相反方向位移第二距离，所述工件轴与所述输出轴相抵，当所述工件轴头继续向工件相反方向位移第一距离，所述工件轴头压缩所述弹性部件并与所述弹性夹头分离并松开工件；当所述工件轴头向工件方向位移第一距离，所述弹性部件作用于所述限位部件和工件轴头，所述弹性夹头的夹爪呈夹紧工件状。

优选地，所述限位部件与所述工件轴螺纹连接。

优选地，所述弹性部件具体为套装在所述工件轴上的碟形弹簧。

优选地，所述联轴套与所述驱动单元的输出轴之间具有周向设置的静压间隙，且所述静压间隙与压力介质管路连通。

优选地，所述压力介质具体为高压气体，所述静压间隙为5-30微米；或者所述压力介质具体为高压液体，所述静压间隙为10-50微米。

优选地，所述刀具单元具有至少一种刀具。

优选地，所述驱动单元具体为伺服电动机；且所述伺服电机上设置有角度编码器，以获取所述工件轴的角度信号并反馈至所述伺服电机的驱动器，以闭环控制所述工件轴的转动位置。