两轴联动机床的制作方法

本实用新型涉及一种两轴联动机床，属于数控加工设备技术领域。

背景技术：
：

在光学系统中，非球面光学元件应用越来越多。在数控加工中，磨盘的法线与被加工件的法线一般要求重合或者近似重合，保证去除函数的稳定，使得实际的加工结果和虚拟加工结果相符合，从而保证加工的收敛率。三轴数控加工设备工具头的法线方向始终竖直向上，因而很难应用于高陡峭、小F数的非球面加工，而五轴数控加工中心高昂的价格使其很难能广泛使用。

技术实现要素：
：

本实用新型的目的是针对上述存在的问题提供一种两轴联动机床，通过两轴联动得到和五轴加工中心类似的效果，降低了设备的价格和成本。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

两轴联动机床，包括固定平台、设置在固定平台上的用于固定被加工工件的转台和用于安装加工工具的旋转摆臂轴，所述的旋转摆臂轴包括旋转摆臂轴底座，安装在旋转摆臂轴底座上并能旋转的旋转轴、与旋转轴连接的用于安装加工工具的旋转臂，所述的转台的法线竖直向上，所述的旋转轴的法线与转台的法线方向存在小于90°的夹角，所述的加工工具的轴线竖直向上并且旋转轴的轴线延长线和加工工具头的轴线延长线相较于被加工工件的球心处，所述的转台安装在所述的固定平台的导轨上，所述旋转摆臂轴底座一侧通过转角活动轴安装在所述的固定平台上，另一侧与所述的固定平台之间设置有楔形块，所述转台上通过工件垫块安装加工工件。

所述的两轴联动机床，所述的楔形块的角度满足式(1)中的函数关系，所述的工件垫块的厚度满足式(2)中的函数关系：

h＝H1-L3-d-H+(L4-L2)sinβ+L1cosβ (2)

式中：L1旋转轴长度，

L2旋转臂长度，

L3加工工具头长度，

L4旋转轴轴线距转角活动轴轴线的垂线距离，

H转台高度，

H1转角活动轴轴线高度，

d工件中心厚，

O1点为工件球心，是旋转轴的轴线延长线和加工工具头的轴线延长线的交点，

R为工件的曲率半径，

β为楔形块角度，

h为垫块厚度。

所述的两轴联动机床，所述的旋转摆臂轴底座上设置有驱动所述旋转轴旋转的驱动装置。

所述的两轴联动机床，所述的驱动装置包括安装在所述旋转摆臂轴底座上的蜗轮和与所述蜗轮啮合的蜗杆，所述旋转轴与所述的蜗轮连接，所述的蜗杆连接电机。

所述的两轴联动机床，所述的旋转轴上设置有配重块，所述配重块与所述的旋转臂的相位差为180°，配重后旋转臂的重心在旋转轴的轴线上。

所述的两轴联动机床，所述的固定平台上设置有用于定位所述转台的挡块。

所述的两轴联动机床，所述的加工工具头内部设置有气缸。

所述的两轴联动机床，所述的旋转轴与所述固定平台之间设置有支撑杆。

所述的两轴联动机床，所述的转台与所述固定平台之间设置有转台平移调节杆。

所述的两轴联动机床，所述的加工工具与所述旋转臂之间通过两个连接点固定，一个是加工工具与所述的旋转臂之间的加工工具头旋转轴，另一个是加工工具头旋转定位孔与定位销。

有益效果：

1.本实用新型通过两个运动轴的联动，实现需要五轴才能达到的加工工具头的轴线始终和工件被加工点的法线方向重合，降低了设备的价格和成本。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的旋转摆臂轴的结构示意图。

图3是本实用新型的旋转摆臂底座的结构示意图。

图4是本实用新型的加工工具与旋转臂之间的连接结构示意图。

图5是本实用新型的联动条件示意图。

图6是本实用新型的工作原理示意图。

图中：1、固定平台；2、转台；3、旋转摆臂轴底座；4、旋转轴；5、旋转臂；6、加工工具；7、导轨；8、转角活动轴；9、楔形块；10、工件垫块，11、蜗轮；12、蜗杆；13、电机；14、配重块；15、挡块；16、支撑杆；17、转台平移调节杆；18、加工工具头旋转轴； 19、加工工具头旋转定位孔。

具体实施方式：

如图1-4所示：本实施例的两轴联动机床，包括固定平台1、设置在固定平台上的用于固定被加工工件的转台2和用于安装加工工具的旋转摆臂轴，所述的旋转摆臂轴包括旋转摆臂轴底座3，安装在旋转摆臂轴底座上并能旋转的旋转轴4、与旋转轴连接的用于安装加工工具 6的旋转臂5，所述的转台的法线竖直向上，所述的旋转轴的法线与转台的法线方向存在小于 90°的夹角，所述的加工工具的轴线竖直向上并且旋转轴的轴线延长线和加工工具头的轴线延长线相较于被加工工件的球心处，且工件的中心轴和转台的中心轴重合，工件的端面和转台端面平行，所述的转台安装在所述的固定平台的导轨7上，所述旋转摆臂轴底座一侧通过转角活动轴8安装在所述的固定平台上，另一侧与所述的固定平台之间设置有楔形块9，所述转台上通过工件垫块10安装加工工件。楔形块位于固定平台和旋转摆臂轴底座中间，采用螺丝固定，方便拆卸更换；

如图5所示，本实施例中所述的两轴联动机床，所述的楔形块的角度满足式(1)中的函数关系，所述的工件垫块的厚度满足式(2)中的函数关系：

h＝H1-L3-d-H+(L4-L2)sinβ+L1cosβ (2)

式中：L1旋转轴长度，

L2旋转臂长度，

L3加工工具头长度，

L4旋转轴轴线距转角活动轴轴线的垂线距离，

H转台高度，

H1转角活动轴轴线高度，

d工件中心厚，

O1点为工件球心，是旋转轴的轴线延长线和加工工具头的轴线延长线的交点，

R为工件的曲率半径，

β为楔形块角度，

h为垫块厚度。

如图6所示，本实施例采用上述方案，其工作原理是：

O点为工件中心，A点为从工件中心向摆臂旋转轴轴线做垂线的交点，P点为工件上任一点，B点为与P点同环带且与绕A点旋转弧相交的点。

OA的长度：

OA=L3*sinβ+L2

则P(x,y)点的极坐标:

定义逆时针旋转为正，则加工工具头顶针移动到工件的P点位置需要转台旋转θ，摆臂旋转轴转动α，则：

其中：

这样通过转台和旋转臂两个运动轴的联动，实现需要五轴才能达到的加工工具头的轴线始终和工件被加工点的法线方向重合。

实施例2：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的旋转摆臂轴底座上设置有驱动所述旋转轴旋转的驱动装置。

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的驱动装置包括安装在所述旋转摆臂轴底座上的蜗轮11和与所述蜗轮啮合的蜗杆12，所述旋转轴与所述的蜗轮连接，所述的蜗杆连接电机 13。

实施例3：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的旋转轴上设置有配重块14，所述配重块与所述的旋转臂的相位差为180°。本实施例中通过调整配重块的重量使得旋转轴垂直状态的重心在旋转中心上。

实施例4：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的固定平台上设置有用于定位所述转台的挡块15。挡块用于固定调整后的转台位置。

实施例5：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的加工工具头内部设置有气缸。

实施例6：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的旋转轴与所述固定平台之间设置有支撑杆16。

实施例7：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的转台与所述固定平台之间设置有转台平移调节杆17。支撑杆用来在更换楔形块时固定旋转轴的角度位置，可以统过调整支撑杆的高度来调节摆臂轴底座平面和平台之间的夹角。

实施例8：

本实施例中所述的两轴联动机床，所述的加工工具与所述旋转臂之间通过两个连接点固定，一个是加工工具与所述的旋转臂之间的加工工具头旋转轴18，另一个是加工工具头旋转定位孔19与定位销。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。