转台式多工位加工与检测复合式机床及其镜片加工工艺的制作方法

本发明涉及的是自由曲面光学镜片加工机床的技术领域，尤其是一种转台式多工位加工与检测复合式机床及其镜片加工工艺。

背景技术：

自由曲面光学镜片，例如渐进多焦点镜片，由于其自身特点，其光焦度自下而上是逐渐变化的，因此其镜面并不是回转曲面，而是一个空间自由曲面，因此加工自由曲面光学镜片必须经过飞切、车削和抛光的一系列工序。传统的加工自由曲面光学镜片会经过多道装夹来实现上述的操作，这样会导致加工过程中的多次装夹误差，而且加工效率低，不能实现快速一次性成型来保证自由曲面光学镜片的质量。

综上所述，现有的加工自由曲面光学镜片的机床在整体的结构和设计上还存在很大的不足，不能满足现代高效率高质量的需求。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是针对上述技术问题提出了一种转台式多工位加工与检测复合式机床其镜片加工工艺，结构紧凑，布局合理，提高了整体机床的刚性和加工稳定性，集成了自动对刀、飞切成形、快刀切削与镜片检测等功能，避免了多次装夹带来的人为误差，实现了一次性装夹加工成型的工艺，提高了生产效率，增加了经济效益。

为解决上述技术问题，本发明提供了转台式多工位加工与检测复合式机床，包括工作台组件、加工组件、检测组件和机床床身，所述机床床身的中部设置工作台组件，所述加工组件和检测组件均设置在机床床身上且位于工作台组件的四周；所述工作台组件包括回转工作台、空气静压主轴、卡盘、直线进给轴和滑块，所述回转工作台设置在机床床身上，所述直线进给轴活动设置在回转工作台的上端，所述直线进给轴的上设置滑块，所述空气静压主轴固定设置在滑块上，所述卡盘设置在空气静压主轴的一端。

进一步地，上述技术方案中，所述加工组件包括飞刀轴、刀具和快刀伺服轴，所述飞刀轴垂直设置在工作台组件的上端，所述刀具安装在飞刀轴的下端，所述快刀伺服轴设置在机床床身上且位于工作台组件的一侧，所述快刀伺服轴的一端也安装有刀具。这样的设计可以满足对镜片工件进行有效的加工，提高整体生产效率。

进一步地，上述技术方案中，所述检测组件包括对刀轴和检测轴，所述对刀轴和检测轴均固定设置在机床床身上，所述对刀轴的一端和检测轴的一端均对着工作台组件。对刀轴对在进行加工前的刀具和更换的刀具进行刀具对于镜片工件的位置和几何形状进行检测。

进一步地，上述技术方案中，所述回转工作台组件的外围还设置有防护罩。这样的设计可以有效的防止在加工过程中加工废渣向外飞溅。

进一步地，上述技术方案中，所述机床床身上且位于工作台组件的外围还设置有预留扩展工位槽。这样的设计可以提高整体机床的加工效率，设计多种功能的加工位，提高一次性加工效率。

采用上述机床后，具有以下优点：

(1)机床结构采用转台式圆周形布局，采用这种结构布局，各加工工位按顺序依次分布在机床主轴转台四周，结构紧凑、占地面积小，机床刚性与稳定性都有较大提高。而且，圆周形机床布局四周可布置多个加工工位，特别对于自由曲面光学镜片这种需要多道工位加工与检测的情况，采用转台式圆周形布局更合理。

(2)机床集自动对刀、飞切成形、快刀车削与镜片检测于一体，可实现镜片一次性加工成形与检测，最大程度减小了工件因多次装夹造成的人为误差，并且极大地提高了加工效率。

一种利用转台式多工位加工与检测复合式机床加工镜片的加工工艺：a、将镜片工件通过卡盘固定在空气静压主轴上；b、通过回转工作台将镜片工件转动至对刀位置处，对工件与刀具切削位置的检测与校对；c、完成对刀后，通过回转工作台转动至飞刀轴位置处，通过空气静压主轴实现镜片工件的自转；回转工作台的转动实现镜片工件径向方向的进给；直线进给轴实现镜片工件轴向方向的进给；配合飞刀轴转动且上下移动进行飞刀轴对镜片工件的铣削加工；d、当飞刀轴加工完毕后，通过回转工作台将镜片工件转动至快刀伺服轴位置处，同样采用三轴联动配合快刀伺服轴直线往复运动实现对镜片工件曲面的加工；e、加工完成后，通过回转工作台将镜片工件转动至检测轴位置处，对镜片工件的尺寸精度和表面质量进行检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二。

图中：1为机床床身，2为回转工作台，3为空气静压主轴，4为卡盘，5为直线进给轴，6为滑块，7为飞刀轴，8为刀具，9为快刀伺服轴，10为对刀轴，11为检测轴,12为防护罩，13为预留扩展工位槽，14为镜片工件。

具体实施方式

如图1所示的是转台式多工位加工与检测复合式机床，包括工作台组件、加工组件、检测组件和机床床身1，机床床身1的中部设置工作台组件，加工组件和检测组件均设置在机床床身1上且位于工作台组件的四周；工作台组件包括回转工作台2、空气静压主轴3、卡盘4、直线进给轴5和滑块6，回转工作台2设置在机床床身1上，直线进给轴5活动设置在回转工作台2的上端，直线进给轴5的上设置滑块6，空气静压主轴3固定设置在滑块6上，卡盘4设置在空气静压主轴3的一端。

其中，加工组件包括飞刀轴7、刀具8和快刀伺服轴9，飞刀轴7垂直设置在工作台组件的上端，刀具8安装在飞刀轴7的下端，快刀伺服轴9设置在机床床身1上且位于工作台组件的一侧，快刀伺服轴9的一端也安装有刀具8。检测组件包括对刀轴10和检测轴11，对刀轴10和检测轴11均固定设置在机床床身1上，对刀轴10的一端和检测轴11的一端均对着工作台组件。回转工作台组件的外围还设置有防护罩12。机床床身1上且位于工作台组件的外围还设置有预留扩展工位槽13。

一种利用转台式多工位加工与检测复合式机床加工镜片的加工工艺：a、将镜片工件14通过卡盘4固定在空气静压主轴3上；b、通过回转工作台2将镜片工件14转动至对刀位置处，对工件与刀具切削位置的检测与校对；c、完成对刀后，通过回转工作台2转动至飞刀轴7位置处，通过空气静压主轴3实现镜片工件14的自转；回转工作台2的转动实现镜片工件14径向方向的进给；直线进给轴5实现镜片工件14轴向方向的进给；配合飞刀轴7转动且上下移动进行飞刀轴7对镜片工件14的铣削加工；d、当飞刀轴7加工完毕后，通过回转工作台2将镜片工件14转动至快刀伺服轴9位置处，同样采用三轴联动配合快刀伺服轴9直线往复运动实现对镜片工件14上曲面的加工；e、加工完成后，通过回转工作台2将镜片工件14转动至检测轴11位置处，对镜片工件14的尺寸精度和表面质量进行检测。

对刀轴10：采用力反馈测头测量加工镜片的厚度，根据镜片的理论厚度值与实际测量值进行比较，将两者的差值作为刀具的补偿量输入到数控系统中。飞刀轴7：采用高速空气静压气浮电主轴。主轴前端安装金刚石盘铣刀，带动盘铣刀高速旋转对工件进行高速铣削半精加工。空气静压主轴3：空气静压主轴，带有编码器角度控制，主轴前端安装卡盘，卡盘夹持工件，带动工件做高速回转运动。直线进给轴5：采用直线电机驱动、接触式导轨导向、高精度光栅尺定位，实现直线往复运动的进给。预留扩展工位11：为扩展机床其它功能预留的安装工位。快刀伺服轴9：采用大行程、高频响的快刀伺服系统。快刀轴前端安装金刚石刀具，带动刀具进行高频往复运动，对工件进行高速单点金刚石切削，形成自由曲面。回转工作台2：超精密回转工作台，回转范围345°，内置电机带有高精度定位光栅，可以用于不同加工工位之间的快速切换及径向进给。机床床身1：用于机床结构的支撑与其它部件的安装。检测轴11：采用接触式测头对加工完成后的镜片进行逐点扫描，测量各点的厚度值，然后重构出加工后的镜片面型，将其与理论的镜片面型进行比对，实现镜片加工质量的检测。

该转台式多工位加工与检测复合式机床的操作原理如下：

首先将镜片工件14固定安装在空气静压主轴3一端的卡盘4上，装夹完毕后，镜片工件14由回转工作台2转动到对刀轴10位置处，对镜片工件14与刀具8切削位置进行检测和校对。对刀完成后，由回转工作台2转动至飞刀轴7位置处，进行铣削，铣削过程中，采取的是回转工作台2、空气静压主轴3和直线进给轴5联动的方式；回转工作台2转动实现镜片工件14径向方向上的进给；直线进给轴5实现镜片工件14轴向方向的进给；空气静压主轴3实现镜片工件14的转动。当铣削完成后，回转工作台2转动到快刀伺服轴9位置处，同样采取的是回转工作台2、空气静压主轴3和直线进给轴5联动的方式，结合快刀伺服轴9的高速直线往复运动实现镜片工件14的快刀伺服超精密切削加工。加工完成后，回转工作台2转动到检测轴11的位置，对镜片工件14的尺寸精度和表面质量进行检测。检测完成后，回转工作台2自动转动到初始位置，完成一次加工。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。