[发明专利]一种宏微结合精密微小型复合加工机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床，具体涉及一种宏微结合精密微小型复合加工机床，属于机械制造技术领域。

背景技术

随着航空航天、国防工业、微电子工业、现代医学以及生物工程技术的发展,对精密超精密三维微小型复杂异构件（特征尺寸在微米级到毫米级）的需求日益迫切。三维微小型复杂异构件，其特点是尺寸小，加工工序多，精度要求高，结构复杂。为实现微小型复杂结构件的微米、亚微米级精度的加工，通常要求一次装夹加工完成，这就要求加工设备具有高转速、高精度、多功能、多工艺复合的特点，如应具有车、铣、车铣、磨、车磨、抛、钻、镗等功能，但目前传统常规尺寸的精密超精密机床多数没有在一台机床上集成上述多种功能，尤其是磨、抛功能，难以实现一次装夹的完整性加工，也无法满足高精度高表面质量的需求，且其价格很高，不宜用于微小型结构件加工。因此，有必要研制一种新型精密微小型复合加工机床来满足三维微小型复杂异构件的高精度多工艺复合加工的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种宏微结合精密微小型复合加工机床，能够完成对三维复杂微小型异构件的亚微米级高精度完整加工，包括车、铣、车铣、磨、车磨、抛、钻、镗等功能，克服了普通加工机床不能同时完成车铣磨抛等工序，可以大大提高加工精度与加工效率，降低成本。

该复合加工机床包括床身、XZ轴精密十字滑台、车削主轴箱、车削电主轴、主轴座、电主轴、Y轴立柱、B轴转台、空气隔振立柱、三自由度微动平台、支撑架、Y轴溜板、连接块、滚珠丝杠螺母副、Y轴电机、带轮d和带轮e；

其中Y轴立柱为方形空腔结构，Y轴立柱的左侧面沿竖直方向安装有导轨；XZ轴精密十字滑台包括X轴滑台和Z轴滑台，Z轴滑台安装在X轴滑台上表面并能在X轴滑台上沿Z轴方向滑动；

整体安装关系：XZ轴精密十字滑台水平安装在床身的上端面，X轴滑台能在床身上沿X轴方向滑动且与Z轴滑台滑动的方向垂直，车削主轴箱安装在Z轴滑台上，车削电主轴水平安装在主轴箱内，车削电主轴的端部装夹工件，可以装夹回转类工件如盘状、杆状等；

B轴转台的底座固定在床身上端面并与车削电主轴的位置相对，Y轴立柱垂直固定在B轴转台的旋转座上；Y轴立柱的左侧面上安装Y轴溜板，且Y轴溜板与Y轴立柱的导轨相配合并能上下运动，滚珠丝杠螺母副丝杠的中部固定在Y轴立柱的上端面，丝杠的上端套装有带轮d，滚珠丝杠螺母副的螺母位于Y轴立柱的方形空腔内，且螺母上套装连接块，连接块与Y轴溜板固连，支撑架垂直安装在Y轴溜板上，三自由度微动平台安装在支撑架上端面，主轴座通过连接板安装在三自由度微动平台的上端面，主轴座上安装电主轴；Y轴电机通过连接板安装在Y轴立柱的右侧面上，Y轴电机的输出轴上套装带轮e，带轮e和带轮d之间通过皮带传动；床身的底面由四个空气隔振立柱支撑。

所述的机床还包括排刀架和龙门式主轴刀具架，其中龙门式主轴刀具架安装在床身的上端面且位于B轴转台的一侧，排刀架安装在龙门式主轴刀具架的上端面，排刀架上放置有刀具，龙门式主轴刀具架的上端面也安装有主轴座，主轴座上安装电主轴。

所述的主轴座包括上盖板、下盖板、两根销轴和菱形螺母，其中上盖板的下端面和下盖板的上端面分别水平贯穿加工有半圆形槽，上盖板的一端由前到后加工有销轴孔，另一端由上到下加工有弧形通孔；下盖板一个侧面的中部加工有矩形凹槽使两侧形成卡台；

上盖板一端的销轴孔内安装销轴，且销轴两端与下盖板的卡台连接，上盖板另一端的弧形通孔也安装销轴且销轴的上端套装菱形螺母，菱形螺母与上盖板的弧形通孔相配合，上盖板和下盖板形成的圆形槽内安装电主轴，以实现电主轴的快速更换。

所述的机床使用光栅进行位置精度检测，分辨率达到1nm，包括Y轴光栅读数头、Y轴光栅尺、B轴光栅读数头、B轴圆光栅尺、Z轴光栅尺、Z轴读数头、X轴光栅尺和X轴读数头；分别实现对X、Y、Z以及B轴的位置检测，同时反馈给控制系统。

Y轴光栅读数头安装在Y轴立柱上，Y轴光栅尺安装在Y轴溜板上，B轴光栅读数头安装在B轴转台的底座上，B轴圆光栅尺安装在B轴转台的旋转座上，X轴读数头安装在床身上，X轴光栅尺和Z轴读数头安装在X轴滑台上，Z轴光栅尺安装在Z轴滑台上，且所有的读数头和光栅尺的位置相对，以实现机床各运动部件的闭环控制。