专利名称：数控非球面铣磨机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及非球面玻璃镜片、金属等材料非球面零件加工领域中的数控非球面铣磨机。
二背景技术：
现有技术中，非球面玻璃镜片加工一直是国内光学加工行业的难点，其它材料非球面零件的加工也是一个难点。其存在以下主要问题一是国内现有的非球面玻璃零件加工技术主要采取手工修型的加工方法，存在加工速度慢、精度差、零件互换性差等问题，无法大批量生产。二是国外近年来虽然已有非球面铣磨加工设备产生，但其造价昂贵。一台设备的造价均在数百万元，虽可大批量生产，但用其加工出的非球面光学镜片或其它材料非球面零件成本昂贵，无法大量使用。三是国内现有少数可批量生产非球面光学镜片的厂家，多数采用仿形铣磨的办法，仿形铣磨机转速都在3000转/分以下，磨削误差较大，故其产品薄厚不均一致性差，批量生产精度难以保证。
三、技术内容本实用新型的目的是要解决上述背景技术中存在的问题，研制一种非球面玻璃镜片和其它材料非球面零件加工领域中的数控非球面铣磨机，制造成本低，使用方便简单，提高精度，扩大用途，适用于大批量生产非球面玻璃镜片、钢铁、铝合金等其他材料的非球面铣磨加工。
为实现上述目的采用的技术解决方案数控非球面铣磨机，包括数控车床(磨床)1上有数控刀架2，其特征是在数控刀架2上装配可装卸的四杆机构3，四杆机构3是由四杆和彼此相联接的顶尖转轴9组成，数控车床1上的固定支架4上端用顶尖转轴9铰接四杆机构3，四杆机构3前部磨头紧固环8夹持高速磨头6，高速磨头6下端连接高速旋转磨轮5。
为实现上述目的采用的技术解决方案还包括所述的数控非球面铣磨机，其特征是磨头紧固环8夹持高速磨头6与车床主轴相垂直，形成直立高速磨头6。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构3中的连接臂10被夹持在紧固环8上，连接臂10长度在50-200毫米范围，磨头紧固环8位于四杆机构3向外延伸杆前端，组成短臂外磨型四杆机构3。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构3中的连接臂10被夹持在紧固环8上，连接臂10长度在200-1000毫米范围，磨头紧固环8位于四杆机构3向外延伸杆前端，组成长臂外磨型四杆机构3。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构3中的连接臂10被夹持在紧固环8上，连接臂10长度在50-200毫米范围，磨头紧固环8位于四杆机构3内，组成短臂内磨型四杆机构3。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构3中的连接臂10被夹持在紧固环8上，连接臂10长度在200-1000毫米范围，磨头紧固环8位于四杆机构3内，组成长臂内磨型四杆机构3。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是顶尖转轴9铰接在四杆机构3杆杆相接处，顶尖转轴9中转轴轴套16装配对应上、下顶尖12和15，上、下顶尖12和15之间有弹簧垫13，上、下顶尖12和15的顶尖顶入对应的上、下压板11和14的中心定位孔。
所述的数控非球面铣磨机，其特征是铣磨加工凸形曲线的高速旋转磨轮5呈圆柱体状，铣磨加工凹形曲线的高速旋转磨轮5呈椭圆球体、或者呈半球体、或者呈球体状。
本实用新型的优点和效果由于本设备是在国内已有的数控车床基础上改装而成，设备造价仅为国外同类产品造价的十分之一左右，且精度不大于0.005MM接近国外同类设备的精度(不大于0.003MM)，完全可以满足国内非球面光学镜片生产的需要。同时也可铣磨其他材料如钢铁、铝合金等材料，为非球面产品成型开辟了新路。数控非球面铣磨机采取计算机程序控制的方法进行非球面零件的铣磨成型。解决了手工加工方法无法批量生产的难点，和仿形加工精度差的缺点。加工速度快，成型精度高，产品一致性好，互换性好，可以保证批量生产的精度要求。
本实用新型的主要特点一是在国产数控车床或数控磨床、数控铣床的基础上，加装了部分机构(四杆机构等)，把车床的切削工具由车刀改换为可以自身转动的磨轮，将数控车床变为数控铣磨床使用。二是利用四杆放大机构的放大原理，将四杆机构的原动臂装夹在数控车床的数控刀架座上，将高速磨头按放大比例垂直固定在四杆机构的传动臂上可以在四杆机构固定支点的前方或后方相应比例的位置，将四杆机构的支点通过支架座固定在数控车床的两根导轨上。将数控刀架在X、Y轴上运动的动力，通过四杆放大机构传递到高速磨头上，以控制高速磨头在X、Y方向上的运动。由于成比例加大了数控刀架在X、Y坐标上的行程，缩小磨轮在X、Y坐标加工行程，从而达到减小零件加工误差的目的。也就是说在完成所需零件的加工尺寸的同时，数控刀架的行程是磨轮运行轨迹的相应倍数此比例系数由四杆放大机构的比例系数决定，可以在设计四杆机构时由设计人员根据所需加工零件的尺寸和加工精度要求确定。三是采用高速磨头以高速磨削来减少磨削过程中产生的误差。由于高速磨头在带动磨轮时，磨轮与加工物接触点的线速度达到近万转/分钟，磨轮的切削能力大幅提高，其切削加工的轨迹与理论加工轨迹之间的误差降低到最小程度，从而达到了将加工误差减到最小，保证零件加工精度的目的。四是在四杆机构的转动轴上采用顶尖转轴，将四杆机构本身的误差降到最小，尽量减小四杆机构本身的误差对加工精度的影响。五是采取直立磨头与车床导轨成90度的方法解决数控系统与磨轮的同步定位问题，使得数控刀架在X、Y方向上的运动能够准确带动磨头沿X、Y方向相对运动其X、Y方向上的运动与刀架X、Y运动方向相反，但行程比例关系不变，保证了数控刀架与磨轮运转的一致性，达到了准确定位的目的。六是采用特殊形状的磨轮解决凸形曲线和凹形曲线的加工。在加工凸面曲线时使用圆柱形磨轮，在加工凹面曲线时采用球形磨轮，保证了数控非球面铣磨机加工零件的多样性。七是采用真空吸附原理装卸零件，使得装、卸零件速度大幅度提高，同时还提高了产品的同心度，保证了质量。
四
图1是数控非球面铣磨机整体结构示意图，图2是四杆机构俯视示意图，图3是短臂外磨型四杆机构示意图，图4是长臂外磨型四杆机构示意图，图5是短臂内磨型四杆机构示意图，图6是长臂内磨型四杆机构示意图，图7是四杆机构中的顶尖转轴剖视结构示意图，图8是高速磨头及加工凸形曲线磨轮示意图，图9是高速磨头及加工凹形曲线磨轮示意图。
上述各图标号说明如下1-数控车床，2-数控刀架，3-四杆机构，4-固定支架，5-磨轮，6-高速磨头，7-固定支点，8-磨头紧固环，9-顶尖转轴，10-连接臂，11-上压板，12-上顶尖，13-弹簧垫，14-下压板，15-下顶尖，16-转轴轴套，17-真空吸头。
五具体实施方式
参看图1和图2，数控车床1上有数控刀架2、数控操作系统、真空储汽罐及与其相联的真空吸头17和真空泵，其中在数控刀架2上夹紧四杆机构3，数控车床1上的固定支架4用顶尖转轴9(参看图6、图7)铰接四杆机构3前部位，高速磨头6位于四杆机构3向外延伸的前端，组成一个加工四杆机构。
参看图3，短臂外磨型四杆机构3的组成是与数控刀架2相连接的连接臂10为50-200毫米范围中任意一点都行，磨头紧固环8位于四杆机构3延伸前端，四杆机构3中杆杆相接处用顶尖转轴9铰接。
参看图4，长臂外磨型四杆机构3的组成是与数控刀架2相连接的连接臂10为200-1000毫米范围中任意一点都行，磨头紧固环8位于四杆机构3向外延伸的前端，其他同上。
参看图5，短臂内磨型四杆机构3的组成是与数控刀架2相连接的连接臂10为50-200毫米范围中任意一点都行，磨头紧固环8位于四杆机构3内的一杆上，其他同上。
参看图6，长臂内磨型四杆机构3的组成是与数控刀架2相连接的连接臂10为200-1000毫米范围中任意一点都行，磨头紧固环8位于四杆机构3四杆机构3内的一杆上，其他同上。
参看图7，顶尖转轴9铰接在四杆机构3的杆杆相接处，顶尖转轴9中转轴轴套16插入装配对应上、下顶尖12和15，上、下顶尖12和15之间有弹簧垫13，在弹簧垫13的推力下，上、下顶尖12和15的顶尖顶入对应的上、下压板11和14的中心定位孔。
参看图8，高速磨头6下端固定的是凸形曲线加工用的圆柱体磨轮5。
参看图9，高速磨头6下端固定的是凹形曲线加工用的椭圆球体形(也可用呈半球体、或者呈球体状)的磨轮5。
基本工作原理在编制非球面曲线加工程序时，按照四杆机构的放大倍数将数控刀架的行程放大相应的倍数。在数控系统控制下，高速磨头在四杆机构的驱动下以缩小相应倍数的行程在X、Z方向上运动，形成非球面的曲线，利用车床主轴的旋转铣磨形成曲面。从而使得数控刀架的移动误差在原有的基础上缩小若干倍，同时由于高速磨头的高速运转，使得磨轮的切削轨迹以接近理论曲线的轨迹运动，保证了加工精度。
加工精度1、X、Z的径向误差小于0.005MM。2、轴向误差小于0.005MM。3、磨头转速20000至75000转可根据拥户需要配置最高100000转的磨头。4、磨头精度轴向跳动小于0.001MM。
基本工作过程1、编制非球面曲线程序利用相关软件，将非球面公式所需的数据输入公式，形成曲线图形。检验后将曲线转变为机床所需的操作程序。
2、将计算机得到的曲线程序处理为非球面铣磨机所需要的操作程序输入机床数控操作系统。
3、确定铣磨吃进尺寸。
4、调整铣磨速度、主轴速度。
5、将准备好的玻璃胚料或者其它材料装入真空夹具。
6、铣磨成型。
7、调整中心定位。
8、进入正常工作程序仅需要反复进行装胚料、铣磨、卸料即可。
9、加工一定数量的零件后，调整中心以保证零件加工精度。
权利要求1.数控非球面铣磨机，包括数控车床(1)上有数控刀架(2)，其特征是在数控刀架(2)上装配可装卸的四杆机构(3)，四杆机构(3)是由四杆和彼此相联接的顶尖转轴(9)组成，数控车床(1)上的固定支架(4)上端用顶尖转轴(9)铰接四杆机构(3)，四杆机构(3)前部磨头紧固环(8)夹持高速磨头(6)，高速磨头(6)下端连接高速旋转的磨轮(5)。
2.根据权利1所述的数控非球面铣磨机，其特征是磨头紧固环(8)夹持的高速磨头(6)与车床主轴相垂直，形成直立高速磨头(6)。
3.根据权利1或2所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构(3)中的连接臂(10)被夹持在紧固环(8)上，连接臂(10)长度在50-200毫米范围，磨头紧固环(8)位于四杆机构(3)向外延伸杆前端，组成短臂外磨型四杆机构(3)。
4.根据权利1或2所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构(3)中的连接臂(10)被夹持在紧固环(8)上，连接臂(10)长度在200-1000毫米范围，磨头紧固环(8)位于四杆机构(3)向外延伸杆前端，组成长臂外磨型四杆机构(3)。
5.根据权利1或2所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构(3)中的连接臂(10)被夹持在紧固环(8)上，连接臂(10)长度在50-200毫米范围，磨头紧固环(8)位于四杆机构(3)内，组成短臂内磨型四杆机构(3)。
6.根据权利1或2所述的数控非球面铣磨机，其特征是四杆机构(3)中的连接臂(10)被夹持在紧固环(8)上，连接臂(10)长度在200-1000毫米范围，磨头紧固环(8)位于四杆机构(3)内，组成长臂内磨型四杆机构(3)。
7.根据权利1所述的数控非球面铣磨机，其特征是顶尖转轴(9)铰接在四杆机构(3)杆杆相接处，顶尖转轴(9)中转轴轴套(16)装配对应上、下顶尖(12)和(15)，上、下顶尖(12)和(15)之间有弹簧垫(13)，上、下顶尖(12)和(15)的顶尖顶入对应的上、下压板(11)和(14)的中心定位孔。
8.根据权利1所述的数控非球面铣磨机，其特征是铣磨加工凸形曲线的高速旋转磨轮(5)呈圆柱体状，铣磨加工凹形曲线的高速旋转磨轮(5)呈椭圆球体、或者呈半球体、或者呈球体状。
专利摘要本实用新型涉及非球面玻璃镜片及其他材料非球面镜零件加工领域中的数控非球面铣磨机。现有技术中存在的问题国内现有的非球面加工技术存在加工速度慢、精度差、零件互换性差、生产成本高、无法大批量生产等问题。本实用新型的目的是研制一种非球面零件加工领域中的数控非球面铣磨机。结构在数控刀架2上装配可装卸的四杆机构3，四杆机构3是由四杆和彼此相联接的顶尖转轴9组成，四杆机构3前部磨头紧固环8夹持高速磨头6，高速磨头6下端连接磨轮5。优点制造成本低，使用方便简单，精度高，扩大了用途，适用于大批量生产非球面玻璃镜片、钢铁、铝合金等其他材料的球面零件铣磨加工，设备造价仅为国外同类产品造价的十分之一左右。
文档编号B24B47/00GK2838855SQ20052007954
公开日2006年11月22日 申请日期2005年10月18日 优先权日2005年10月18日
发明者冯惟新, 李德刚 申请人:陕西新光恒科技有限责任公司