一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床

本发明属于超精密加工装备领域，具体涉及一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床。

背景技术：

1、近些年来，航空航天、精密仪器、光学和激光技术得到了迅猛的发展。各种高精度的表面以及形状复杂的零件等的加工需求也日益迫切，如人造卫星的姿态控制和遥测器件；以及在消费品领域广泛应用的塑料成像镜头和各种光束处理镜片，如手机、相机的镜头，各种自由曲面的光学零件等需求的快速增长，使得超精密机床已成为不可或缺的重要设备。超精密机床的研究也成为现代高精尖技术产品制造的核心关键技术之一，在众多高新技术领域应用的越来越广泛。

2、同时，随着科学技术水平的提高，工业生产规模的扩大，对超精密机床设备也提出了特殊的要求。仅使用一台电机的主轴控制已不能适应大质量加工模具的需求，多电机控制技术得到了越来越广泛的应用。在辊筒机床加工大长度大质量辊筒模具中，随着辊筒尺寸的增大，整体惯量也大大增加，对伺服系统的驱动能力要也随之增加。使用单个主轴电机的主轴旋转会导致前后端的动作产生延迟，会有较大的跟踪误差，对单个电机的生产制造提出了更高的要求。因此，采用新的驱动方式，对提高超精密设备加工精度及加工效率有着十分关键的作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，旨在解决上述背景技术提出的现有技术中的问题。

2、实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，包括辊筒机床床体、刀具夹具、刀具底座、x轴导轨、刀具x轴溜板组件、刀具z轴溜板组件、主轴头架、主轴尾架、两套气体静压主轴系统、两个主轴夹具及两个主轴电机；

4、主轴头架固定在辊筒机床床体上，主轴尾架与辊筒机床床体的z轴导轨滑动连接，主轴尾架通过紧固件与辊筒机床床体固定连接，用以锁定主轴尾架的位置，两套气体静压主轴系统分别固定装在主轴头架和主轴尾架上，两套气体静压主轴系统上均固定有主轴电机，主轴电机的输出轴与气体静压主轴系统的主轴转子的输入端同轴且固定连接，所述主轴转子的输出端与主轴夹具同轴且固定连接，两个主轴夹具同轴设置，辊筒模具通过固定在其两端的模辊支撑轴夹紧固定在两个主轴夹具上，刀具z轴溜板组件位于主轴头架和主轴尾架之间，且与所述z轴导轨滑动连接，x轴导轨固定在z轴溜板组件上，刀具x轴溜板组件与x轴导轨滑动连接，刀具夹具固定装在刀具底座上，刀具底座固定装在x轴溜板组件上。

5、进一步的是，辊筒机床床体包括机床底座、z轴导轨、导轨垫块及两侧护条；两侧护条并列固定在机床底座上端面的左右两侧，导轨垫块固定在机床底座上并位于两侧护条之间，z轴导轨固定在导轨垫块上，两侧护条上均设有贯通其左右侧壁的长条槽口，两个长条槽口相对设置，主轴尾架左右两个侧壁上对应设有螺纹孔，长条槽口内匹配穿入螺栓，螺栓与螺纹孔螺纹连接，将主轴尾架与辊筒机床床体固定连接。

6、进一步的是，两套气体静压主轴系统均包括气体静压轴承和主轴转子，气体静压轴承包括主轴座、轴承底座、外轴套、铜轴套及辐板；

7、两个气体静压轴承的主轴座分别固定连接在主轴支架和主轴尾架上，辐板设置在主轴座内，且二者固定连接，辐板内侧嵌入有外轴套，外轴套内同轴配合装有铜轴套，铜轴套同轴配合装在主轴转子上，由外轴套和铜轴套组成了气体静压轴承的径向轴承部分；轴承底座设有中心台肩孔，主轴转子输入端装在轴承底座内，主轴转子外壁上设有环状止推板，环状止推板匹配设置在中心台肩孔，外轴套与环状止推板相邻一端的外壁设有轴套凸缘，轴承底座一端外壁设有底座凸缘，底座凸缘与轴套凸缘固定连接，由轴承底座的底座凸缘、主轴转子的环状止推板以及外轴套的轴套凸缘组成了气体静压轴承的止推轴承部分；主轴电机固定在轴承底座上。

8、进一步的是，两个主轴夹具均包括主轴连接件和卡盘；主轴连接件与主轴转子的输出端同轴且固定连接，主轴连接件与卡盘同轴且固定连接，卡盘用于装夹模辊支撑轴。

9、进一步的是，气体静压轴承还包括数个小孔节流器；外轴套、铜轴套以及轴承底座内部均设有径向气道，外轴套及轴承底座内部均设有轴向气道，设置在外轴套和铜轴套内的径向气道一一对应相连通，设置在外轴套内的径向气道与轴向气道相连通，设置在轴承底座内的径向气道与轴向气道相连通，设置在轴承底座内的轴向气道与设置在外轴套的径向气道相连通，所有径向气道均通至各自的外壁，在径向气道和轴向气道内均装有小孔节流器。

10、进一步的是，刀具z轴溜板组件包括z轴上溜板及两个z轴侧溜板，z轴上溜板下端面左右两侧分别固定有z轴侧溜板，所述x轴导轨固定在z轴上溜板上；刀具x轴溜板组件包括x轴上溜板、两个x轴侧溜板及两个x轴下溜板；x轴上溜板下端面的前后两侧分别固定有x轴侧溜板，两个x轴侧溜板下端分别固定有x轴下溜板，x轴上溜板、两个x轴侧溜板及两个x轴下溜板与x轴导轨滑动连接。

11、进一步的是，主轴尾架下端左右两侧分别设有尾架侧板，所述螺纹孔设置在尾架侧板上。

12、进一步的是，x轴导轨和z轴导轨均采用液体静压导轨。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明仅需要在原有超精密辊筒机床上增加一套气体静压主轴系统，却能提高加工精度和加工效率，成本低。两套气体静压主轴系统分别固定装在主轴头架和主轴尾架上，两套气体静压主轴系统采用双电机驱动的辊筒机床主轴转子驱动方式，能够保证辊筒模具加工过程的机动性，考虑负载平衡，降低电机的转动惯量，提高调速精度，动态响应性能好，跟踪误差小，伺服带宽高(本发明采用伺服电机)。

15、本发明采用两个电机同步驱动，避免使用更大的单台伺服电机，降低了单个电机的生产制造难度。

16、本发明提出的主轴双驱方案，两个电机采用同步控制方式(为现有技术)，两个电机同时驱动中间辊筒进行加工。

技术特征：

1.一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：包括辊筒机床床体、刀具夹具(10)、刀具底座(11)、x轴导轨(12)、刀具x轴溜板组件、刀具z轴溜板组件、主轴头架(3)、主轴尾架(19)、两套气体静压主轴系统、两个主轴夹具及两个主轴电机(24)；

2.根据权利要求1所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：辊筒机床床体包括机床底座(1)、z轴导轨(18)、导轨垫块(20)及两侧护条(2)；两侧护条(2)并列固定在机床底座(1)上端面的左右两侧，导轨垫块(20)固定在机床底座(1)上并位于两侧护条(2)之间，z轴导轨(18)固定在导轨垫块(20)上，两侧护条(2)上均设有贯通其左右侧壁的长条槽口(22)，两个长条槽口(22)相对设置，主轴尾架(19)左右两个侧壁上对应设有螺纹孔，长条槽口(22)内匹配穿入螺栓(23)，螺栓(23)与螺纹孔螺纹连接，将主轴尾架(19)与辊筒机床床体固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：两套气体静压主轴系统均包括气体静压轴承(5)和主轴转子(25)，气体静压轴承(5)包括主轴座(4)、轴承底座(26)、外轴套(27)、铜轴套(28)及辐板(31)；

4.根据权利要求1或3所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：两个主轴夹具均包括主轴连接件(6)和卡盘(7)；主轴连接件(6)与主轴转子(25)的输出端同轴且固定连接，主轴连接件(6)与卡盘(7)同轴且固定连接，卡盘(7)用于装夹模辊支撑轴(8)。

5.根据权利要求3所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：气体静压轴承(5)还包括数个小孔节流器(29)；外轴套(27)、铜轴套(28)以及轴承底座(26)内部均设有径向气道(21)，外轴套(27)及轴承底座(26)内部均设有轴向气道(35)，设置在外轴套(27)和铜轴套(28)内的径向气道(21)一一对应相连通，设置在外轴套(27)内的径向气道(21)与轴向气道(35)相连通，设置在轴承底座(26)内的径向气道(21)与轴向气道(35)相连通，设置在轴承底座(26)内的轴向气道(35)与设置在外轴套(27)的径向气道(21)相连通，所有径向气道(21)均通至各自的外壁，在径向气道(21)和轴向气道(35)内均装有小孔节流器(29)。

6.根据权利要求1所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：刀具z轴溜板组件包括z轴上溜板(16)及两个z轴侧溜板(17)；z轴上溜板(16)下端面左右两侧分别固定有z轴侧溜板(17)，所述x轴导轨(12)固定在z轴上溜板(16)上，刀具x轴溜板组件包括x轴上溜板(14)、两个x轴侧溜板(15)及两个x轴下溜板(13)；x轴上溜板(14)下端面的前后两侧分别固定有x轴侧溜板(15)，两个x轴侧溜板(15)下端分别固定有x轴下溜板(13)，x轴上溜板(14)、两个x轴侧溜板(15)及两个x轴下溜板(13)与x轴导轨(12)滑动连接。

7.根据权利要求2所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：主轴尾架(19)下端左右两侧分别设有尾架侧板(30)，所述螺纹孔设置在尾架侧板(30)上。

8.根据权利要求1或6所述的一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，其特征在于：x轴导轨(12)和z轴导轨(18)均采用液体静压导轨。

技术总结
一种头架和尾架双电机驱动的超精密辊筒机床，属于超精密加工装备领域。主轴头架固定在辊筒机床床体上，主轴尾架与辊筒机床床体的Z轴导轨滑动连接，两套气体静压主轴系统分别固定装在主轴头架和主轴尾架上，主轴电机输出轴与气体静压主轴系统的主轴转子输入端同轴且固定连接，主轴转子输出端与主轴夹具同轴固定连接，两个主轴夹具同轴设置，辊筒模具通过固定在其两端的模辊支撑轴夹紧固定在两个主轴夹具上，刀具Z轴溜板组件位于主轴头架和主轴尾架之间，且与Z轴导轨滑动连接，X轴导轨固定在Z轴溜板组件上，刀具X轴溜板组件与X轴导轨滑动连接，刀具夹具固定装在刀具底座上，刀具底座固定装在X轴溜板组件上。本发明用于辊筒模具超精密加工。

技术研发人员：王波,吴言功,李子腾,乔政,丁飞
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13