專利名稱：單點金剛石車床的制作方法
技術領域：
單點金剛石車床技術領域[0001]本實用新型涉及超精密加工，特別是一種單點金剛石車床。
背景技術：
[0002]單點金剛石車床(SINGLE POINT DIAMOND TURNING，簡稱為SPDT)是以車削加工 方式利用其刀具的高硬性、高耐磨性和刀具形狀的高PV精度配合機床本體的高位移精度 專門加工尺寸精度、面型精度、表面粗糙度要求極高的工件(主要以光學類零件為主)。由 于其主切削運動為機床主軸旋轉，故其加工工件多為回轉類、半回轉類和平面工件，存在一 定的局限性，而對于一些如滾花柱面、溝槽柱面、螺旋柱面等異形表面工件很難進行常規加 工。實用新型內容[0003]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種單點金剛石車床，利 用本實用新型的單點金剛石車床可進行具有滾花、溝槽、螺旋柱面的異形工件的加工。[0004]本實用新型的技術解決方案如下:[0005]本實用新型的基本思想是通過對單點金剛石車床相對于常規數控車床XZ兩軸的 (工件軸向軸、徑向位移軸)增加一個主軸回轉分度軸(簡稱為C軸)，以實現Xe、ZC兩軸聯 動加工或XZC三軸聯動加工，完成具有滾花、溝槽、螺旋柱面異形工件的加工。[0006]一種單點金剛石車床，包括常規數控車床的工件軸向位移導軌軸、橫向位移導軌 軸和單晶金剛石刀具，其特點在于:在所述的徑向位移導軌軸上增設一個主軸回轉分度軸， 在所述的工件軸向位移導軌軸上安裝一個可調角度的三維刀架，所述的單晶金剛石刀具固 定在所述的三維刀架上，待加工的工件固定在所述的主軸分度軸上，使用工件軸向位移導 軌軸來調整加工工件的Z向位移，使用橫向位移導軌軸控制加工工件的X向位移。[0007]利用所述的單點金剛石車床進行異形工件的加工方法，其特征在于該方法包括下 列步驟；[0008]①根據工件表面加工輪廓選取單晶金剛石刀具的幾何參數:刀尖圓弧R和刀具夾 角Θ ;[0009]②伺服聯動坐標軸轉換；[0010]③編制單晶金剛石刀具加工刀路程序，采用XC、ZC兩軸聯動加工或XZC三軸聯動 加工，完成具有滾花、溝槽、螺旋柱面異形工件的初步加工；[0011]④后期測量，調整加工參數與裝夾精度進行再加工:[0012]工件初步加工完整后，通過20X顯微測量鏡測量三棱錐各個邊長，利用白光干涉 儀測量三棱錐矢高，調整所述的單晶金剛石刀具的幾何角度和所述的三維刀架的角度的 裝夾精度，進行補償加工，完成具有滾花、溝槽、螺旋柱面異形工件的最后加工。[0013]所述的天然單晶金剛石刀具的刀尖圓弧R的取值范圍為0.0Olmm至1mm，刀具夾 角Θ的取值范圍為50°至75°。[0014]本實用新型的有益效果是傳統單點金剛石車床采取的是利用刀具上的一點切削 點配合幾個位移導軌的聯動對工件采取單點仿型加工，本實用新型的在于事先將刀具形狀 加工成所要加工形狀的一個截面部分，利用單點金剛石主軸的C軸分度功能編制2至3軸 聯動可在圓柱面和球面上實現刨削成型加工。
[0015]圖1是本實用新型單點金剛石數控車床結構簡圖。[0016]圖2是天然單晶金剛石刀具示意圖一般由刀尖圓弧R和刀具夾角Θ所決定如圖。[0017]圖3是采用單點數字控制仿型加工時，刀具表面與加工工件表面之間是以單點接 觸方式切削示意圖。[0018]圖4是待加工零件的外圓柱面加工滾花狀三棱錐集。[0019]圖5是圖4滾花狀三棱錐集的局部放大圖。[0020]圖6是加工時刀具放大示意圖。[0021]圖7是圖3柱面的類滾花三棱錐集的展開圖。[0022]圖8是通過軟件坐標轉換將工件展開時的Y向位移坐標值轉換成工件柱面時C向 旋轉量坐標值的示意圖。[0023]圖9是三個方向刀具的路徑示意圖。
具體實施方式
[0024]下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型 的保護范圍。[0025]請先參閱圖1，圖1是本實用新型單點金剛石數控車床結構簡圖，如圖所示，一種 單點金剛石車床，包括常規數控車床的工件軸向位移導軌軸Z軸、橫向位移導軌軸X軸和單 晶金剛石刀具1，在所述的徑向位移導軌軸上增設一個主軸回轉分度軸C軸，在所述的工件 軸向位移導軌軸上安裝一個可調角度的三維刀架2，所述的單晶金剛石刀具固定在所述的 三維刀架上，待加工的工件3固定在所述的主軸分度軸上，使用工件軸向位移導軌軸來調 整加工工件的Z向位移，使用橫向位移導軌軸控制加工工件的X向位移。[0026]利用所述的單點金剛石車床進行異形工件的加工方法，包括下列步驟:[0027]步驟一根據工件表面加工輪廓選取單晶金剛石刀具的幾何參數:刀尖圓弧R和刀 具夾角Θ ;[0028]步驟二伺服聯動坐標軸轉換[0029]步驟三后期測量，調整加工參數與裝夾精度進行再加工。[0030]具體步驟如下:[0031]步驟一:根據加工工件面型輪廓選擇。通常天然單晶金剛石刀具的幾何參數都采 取數據化管理，一般由刀尖圓弧R和刀具夾角Θ所決定如圖2所示:[0032]常規金剛石刀具刀尖圓弧R—般從0.0Olmm至Imm之間，刀具夾角Θ —般從50° 至75度之間。[0033]一般SPDT機床具采取單點數字控制仿型加工即刀具表面與加工工件表面之間是 以單點接觸方式切削如圖3所示。這種加工方式只能在工件連續回轉時進行。而在一些工件回轉無法加工的工件時無法采取單點數字控制仿型加工如圖4所示:[0034]在圖4零件外圓柱面加工滾花狀三棱錐集，由于其不是光順連接且空間狹小無 法單點連續切削刀具只能采取面接觸加工方式。根據2個相鄰三棱錐的夾角角度來確定金 剛石刀具的刀具張角Θ，而理論上相鄰2個三棱錐的接觸邊一條線，所以加工刀具頂部R值 越小越好，我們選擇R=0.0Olmm的刀具。如圖6加工時刀具放大示意圖。[0035]對于面切削刀具因其切削力相對于點切削時刀具承受切削力較大。單點金剛石刀 具是最好的選擇。[0036]步驟二伺服聯動坐標軸轉換[0037]在對于平面上的類滾花狀三棱錐集的加工方式，可使用平面刨床在三棱錐集2 錐面之間走YZ軸聯動刨削刀具，加工工件表面。而對于圖3所示的柱面工件來說由于加工 表面是圓弧柱面，無法使用傳統平面刨削的方式加工。SPDT機床在普通數控車床XZ兩軸的 基礎上多了一個C軸即主軸旋轉方向分度軸。通過軟件坐標轉換將工件展開時的Y向位移 坐標值轉換成工件柱面時C向旋轉量坐標值。[0038]步驟三編制加工刀路程序[0039]首先，將刀具安置在三棱錐的三個面，產生3個方向的刀具路徑，如圖9所示。[0040]然后，計算三棱錐集的在工件外圓的均布總數量N，公式如下:[0041]X= 31 D Y-[0042]其中，D為加工工件外圓口徑，Y為單個三棱錐底邊三角形的邊長。[0043]接著，計算刀具經過單個三棱錐的一個面加工坐標中主軸分度軸C軸的旋轉量 C'，公式如下:[0044]C..=N 360:[0045]計算刀具經過單個三棱錐的一個面加工坐標中工件軸向位移軸Z軸的位移量 V ，公式如下:[0046]Z+ =sin..60 ' 5 \[0047]最后，根據加工三棱錐集在這一刀路的具體數量M，確定這一刀路子程序C軸和Z 軸聯動程序的語句總數P=M。[0048]將3個刀具路徑方向的CZ聯動程序設為子程序。根據工件三棱錐在各個刀路的 具體路徑數量編制宏程序作為循環主程序。分別用三維刀架調刀儀對工件三個方向刀具的 方向進行調整。三個路徑依次加工。當三個面都完成時，柱面上的三棱錐集便已加工完成。[0049]步驟4通過后期測量，調整加工參數與裝夾精度[0050]工件初步加工完整后，通過20X顯微測量鏡測量三棱錐各個邊長，利用白光干涉 儀測量三棱錐矢高，調整所述的單晶金剛石刀具的幾何角度和所述的三維刀架的角度的 裝夾精度，進行補償加工，完成具有滾花、溝槽、螺旋柱面異形工件的最后加工。
權利要求1.一種單點金剛石車床，包括常規數控車床的工件軸向位移導軌軸Z軸、橫向位移導 軌軸X軸和單晶金剛石刀具(1)，其特征在于:在所述的徑向位移導軌軸上增設一個主軸回 轉分度軸C軸，在所述的工件軸向位移導軌軸上安裝一個可調角度的三維刀架(2)，所述的 單晶金剛石刀具固定在所述的三維刀架上，待加工的工件(3)固定在所述的主軸分度軸上， 使用工件軸向位移導軌軸來調整加工工件的Z向位移，使用橫向位移導軌軸控制加工工件 的X向位移。
專利摘要一種單點金剛石車床，包括常規數控車床的工件軸向位移導軌軸(Z軸)、橫向位移導軌軸(X軸)和單晶金剛石刀具，在徑向位移導軌軸上增設一個主軸回轉分度軸(C軸)，在所述的工件軸向位移導軌軸上安裝一個可調角度的三維刀架，所述的單晶金剛石刀具固定在所述的三維刀架上，待加工的工件固定在所述的主軸分度軸上，使用工件軸向位移導軌軸來調整加工工件的Z向位移，使用橫向位移導軌軸控制加工工件的X向位移和進行異形工件的加工方法。本實用新型利用單點金剛石主軸的C軸分度功能編制2至3軸聯動可在圓柱面和球面上實現刨削成型加工，具有對異形工件精密加工的特點。
文檔編號B23B7/14GK202963469SQ20122041399
公開日2013年6月5日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者姚庠, 顧亞平 申請人:上海現代先進超精密制造中心有限公司