一种小微纳零件超精密机床的制作方法

1.本实用新型涉及机床技术领域，尤其是涉及一种小微纳零件超精密机床。


背景技术：

2.当前，在微电子(由其是半导体芯片)、微纳医疗、微纳光学、光通讯、军工的行业，对微米尺度零件的需求种类和数量越来越多，而且对于零件尺寸的小型化要求也在不断的加强。所以微米尺度零件业务的特征是超高的加工精度和巨大的年需求数量。
3.传统的走心机，加工的最小线材直径只能达到0.3mm，加工精度只能达到5um一10um，已经难以满足上述微型零件加工精度的要求；而超精密加工中心，能够满足上述微型零件加工精度的要求，但是由于其生产效率太低，所以没法满足巨大的年需求数量的需求。同时，由于长期以来我国在高端装备方面，一直被西方国家掐脖子，上述的微型零件几乎都是进口，所以决定研发小微纳零件超精密机末，来解决被掐脖子的被动局面。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种小微纳零件超精密机床，其将走心机的高生产效率与超精密加工中心的超高精度完美结合，能够对于外径小于0.3mm的微型线材坯料进行微切削，满足了微型零件加工精度的要求，提高了生产效率。
5.本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种小微纳零件超精密机床，包括减震台，所述减震台上设置有多个气浮导轨模组，所述气浮导轨模组上设置有铣削模块，所述铣削模块包括压电陶瓷夹钳式送料机构、压电陶瓷微型夹钳固定机构、中空气浮主轴以及手动微调平台；
7.所述压电陶瓷微型夹钳固定机构的一端与所述手动微调平台连接，另一端设置在所述中空气浮主轴内，所述压电陶瓷夹钳式送料机构设置在所述中空气浮主轴远离所述手动微调平台的一侧；
8.所述中空气浮主轴远离所述手动微调平台的一端设置有套筒，所述套筒的内壁设置有能够转动的气浮旋风刀，线材夹持在所述压电陶瓷夹钳式送料机构上，通过气浮旋风刀铣削一个台阶后，将台阶送入送至压电陶瓷微型夹钳固定机构，夹紧台阶后，气浮旋风刀切断线材。
9.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述气浮导轨模组包括x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨，所述x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨分别用于实现线材在x轴、y轴以及z轴上的定位。
10.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述压电陶瓷夹钳式送料机构包括框架以及设置在所述框架内的压电陶瓷夹钳，所述框架顶部的内壁上开设有第一v形槽，所述压电陶瓷夹钳上开设有第二v形槽，所述第二v形槽设置在所述第一v形槽的正下方，所述第一v形槽与所述第二v形槽之间形成用于夹持线材的菱形孔。
11.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述压电陶瓷微型夹钳固定机构
包括固定杆、螺栓以及压电陶瓷微型夹钳，所述压电陶瓷微型夹钳的一端开设有用于夹持线材的夹口，另一端开设有多个螺纹安装孔，所述螺栓穿过所述螺纹安装孔后与所述固定杆螺纹连接。
12.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述中空气浮主轴的旋转精度，轴向跳动小于等于0.1um，径向跳动小于等于0.05um。
13.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述x轴气浮导轨、所述y轴气浮导轨以及所述z轴气浮导轨的定位精度为+/-0.1um，重复定位精度为+/-0.05um，进给分辨率为1nm。
14.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述套筒内设置有接料微管，线材被气浮旋风刀切断后落入所述接料微管，在负气压下，顺着接料微管内孔吸出并收集。
15.本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述铣削模块还包括被动式滚子矫直机构，在对线材伺服放线的过程中，通过所述被动式滚子矫直机构对所述线材进行被动式滚子矫直。
16.综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：
17.本实用新型公开了一种小微纳零件超精密机床，其将走心机的高生产效率与超精密加工中心的超高精度完美结合，在切削方式上采用了料不转刀转的方式，并且采用了超精密机床的气浮主轴和气浮导轨，能够对于外径小于0.3mm的微型线材坯料进行微切削，满足了微型零件加工精度的要求，提高了生产效率。
附图说明
18.图1为本实用新型的整体结构示意图。
19.图2为本实用新型展示铣削模块的整体结构示意图。
20.图3为本实用新型展示铣削模块的剖视图。
21.图4为图3中a部分的局部放大示意图。
22.图5为图4中b部分的局部放大示意图。
23.图6为本实用新型展示铣削模块的侧视图。
24.图7为图6中c部分的局部放大示意图。
25.附图标记：1、气浮导轨模组；10、减震台；2、铣削模块；3、压电陶瓷夹钳式送料机构；31、框架；32、压电陶瓷夹钳；33、第一v形槽；34、第二v形槽；4、压电陶瓷微型夹钳固定机构；41、固定杆；42、螺栓；43、压电陶瓷微型夹钳；44、螺纹安装孔；5、中空气浮主轴；6、手动微调平台；7、套筒。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
29.实施例一：
30.参照图1-7，为本实用新型公开的一种小微纳零件超精密机床，包括减震台10，减震台10上设置有多个气浮导轨模组1，气浮导轨模组1上设置有铣削模块2。参照图2，铣削模块2包括压电陶瓷夹钳式送料机构3、压电陶瓷微型夹钳固定机构4、中空气浮主轴5以及手动微调平台6；压电陶瓷微型夹钳固定机构4的一端与手动微调平台6连接，另一端设置在中空气浮主轴5内，压电陶瓷夹钳式送料机构3设置在中空气浮主轴5远离手动微调平台6的一侧；
31.中空气浮主轴5远离手动微调平台6的一端设置有套筒7，套筒7的内壁设置有能够转动的气浮旋风刀，线材夹持在压电陶瓷夹钳式送料机构3上，通过气浮旋风刀铣削一个台阶后，将台阶送入送至压电陶瓷微型夹钳固定机构4，夹紧台阶后，气浮旋风刀切断线材。
32.此小微纳零件超精密机床还包括伺服放线、滚子矫直、超精密压电陶瓷送丝、多刀架超精密铣削工位和超精密旋风铣切断收料工位。所有的超精密直线运动，都是由气浮导轨模组来实现的。多刀架超精密铣削工位，可以加工多种形状的零件，可以选配激光器打微孔。超精密旋风铣切断收料工位，由中空气浮主轴、轴左端面轴套上的旋风铣刀、轴中心孔中的压电陶瓷夹头、位于该夹头下部的微型负压收料微管和轴右端面外部的调节该夹头位姿的手动微调平台组成。夹头夹紧丝料的一端，超精密旋风铣刀切断丝料，得到无尾丁光滑切断面的零件，并收料。
33.套筒7内设置有接料微管，线材被气浮旋风刀切断后落入接料微管，在负气压下，顺着接料微管内孔吸出并收集。铣削模块2还包括被动式滚子矫直机构，在对线材伺服放线的过程中，通过被动式滚子矫直机构对线材进行被动式滚子矫直。
34.参照图1，气浮导轨模组1包括x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨，x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨分别用于实现线材在x轴、y轴以及z轴上的定位。
35.参照图6-图7，压电陶瓷夹钳式送料机构3包括框架31以及设置在框架31内的压电陶瓷夹钳32，框架31顶部的内壁上开设有第一v形槽33，压电陶瓷夹钳32上开设有第二v形槽34，第二v形槽34设置在第一v形槽33的正下方，第一v形槽33与第二v形槽34之间形成用于夹持线材的菱形孔。
36.参照图3，压电陶瓷微型夹钳固定机构4包括固定杆41、螺栓42以及压电陶瓷微型夹钳43，压电陶瓷微型夹钳43的一端开设有用于夹持线材的夹口，另一端开设有多个螺纹安装孔44，螺栓42穿过螺纹安装孔44后与固定杆41螺纹连接。
37.中空气浮主轴5的旋转精度，轴向跳动小于等于0.1um，径向跳动小于等于0.05um。
38.x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨的定位精度为+/-0.1um，重复定位精
度为+/-0.05um，进给分辨率为1nm。
39.本实用新型工作时，有五个工位，下面对五个工位进行详细工作流程的介绍：
40.第一工位，伺服放线；
41.第二工位，被动式高精密滚子矫直，达到微米级精度；
42.第三工位，超精密夹钳式送料，前后两个压电陶瓷微动夹钳配合开/夹(见图4-图5)，通过超精密导轨进给实现微量送料，微进给可以实现直线度0.1um/100mm、分辨率1nm；
43.第四工位，超精密铣削，皮/飞秒激光铣削；
44.1)超精密铣削，主轴旋转精度小于1um(可以配气浮主轴，旋转精度可以达到0.05um)：x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨，定位精度+/-0.1um，重复定位精度+/-0.05um，进给分辨率1m。可以铣端面、各种台阶(如：圆形、方型、齿轮型、多边形等、各种微孔(如：圆孔、方孔等)、螺纹、自由曲面(如：浮雕人脸等)，可以加工金属，也可以加工非金属(如：玻璃、陶瓷、工程塑料等)；
45.2)皮/飞秒激光，主要用于打微孔(如：外径2um的圆孔)。
46.第五工位，超精密切断落料；
47.1)中空轴气浮主轴，轴向跳动小于等于0.1um，径向跳动小于等于0.05um。
48.2)x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨，定位精度+/0.1um，重复定位精度+/-0.05um，进给分辨率1nm。
49.3)位于中空轴气浮主轴中空孔中的第3个压电陶瓷微型夹钳43，夹持固定零件的自由端之后，中空轴气浮主轴高速旋转，带动微型旋风铣刀，通过气浮导轨xyz1配合运动，将零件从线材坯料上超精密切断落料。零件落人接料微管，在负气压下，顺着接料微管内孔吸出并收集。
50.制造精度为0.1um，可以实现最小1um尺寸零件的微切削制造。
51.本技术为正丰小微纳零件超精密机床，其与全球顶级走心机的对比，具体对比表如下：
[0052][0053][0054]
由此可见，正丰微型机，是走心机的高生产效率、超精密加工中心的超高精度、柔性智能的完美结合，属于全球首创，超越瑞士和日本，达到全球顶级水平。
[0055]
正丰小微纳零件超精密机床，在捆类线材坯料的矫直和送料方面，吸收消化了瑞士esc0走心机的送料方式，实现了走心机行业中最高的生产效率。而在切削方式上，吸收消化了瑞士esc0走心机料不转刀转的方式，同时，采用了超精密机床的气浮主轴和气浮导轨，制造精度达到了超精密级，远远超越了瑞士esc0走心机，可以切削的线材坯料直径更小。
[0056]
本实用新型的实施原理为：本实用新型公开了一种小微纳零件超精密机床，其将走心机的高生产效率与超精密加工中心的超高精度完美结合，在切削方式上采用了料不转刀转的方式，并且采用了超精密机床的气浮主轴和气浮导轨，能够对于外径小于0.3mm的微型线材坯料进行微切削，满足了微型零件加工精度的要求，提高了生产效率。
[0057]
本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种小微纳零件超精密机床，包括减震台(10)，其特征在于，所述减震台(10)上设置有多个气浮导轨模组(1)，所述气浮导轨模组(1)上设置有铣削模块(2)，所述铣削模块(2)包括压电陶瓷夹钳式送料机构(3)、压电陶瓷微型夹钳固定机构(4)、中空气浮主轴(5)以及手动微调平台(6)；所述压电陶瓷微型夹钳固定机构(4)的一端与所述手动微调平台(6)连接，另一端设置在所述中空气浮主轴(5)内，所述压电陶瓷夹钳式送料机构(3)设置在所述中空气浮主轴(5)远离所述手动微调平台(6)的一侧；所述中空气浮主轴(5)远离所述手动微调平台(6)的一端设置有套筒(7)，所述套筒(7)的内壁设置有能够转动的气浮旋风刀，线材夹持在所述压电陶瓷夹钳式送料机构(3)上，通过气浮旋风刀铣削一个台阶后，将台阶送入送至压电陶瓷微型夹钳固定机构(4)，夹紧台阶后，气浮旋风刀切断线材。2.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述气浮导轨模组(1)包括x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨，所述x轴气浮导轨、y轴气浮导轨以及z轴气浮导轨分别用于实现线材在x轴、y轴以及z轴上的定位。3.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述压电陶瓷夹钳式送料机构(3)包括框架(31)以及设置在所述框架(31)内的压电陶瓷夹钳(32)，所述框架(31)顶部的内壁上开设有第一v形槽(33)，所述压电陶瓷夹钳(32)上开设有第二v形槽(34)，所述第二v形槽(34)设置在所述第一v形槽(33)的正下方，所述第一v形槽(33)与所述第二v形槽(34)之间形成用于夹持线材的菱形孔。4.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述压电陶瓷微型夹钳固定机构(4)包括固定杆(41)、螺栓(42)以及压电陶瓷微型夹钳(43)，所述压电陶瓷微型夹钳(43)的一端开设有用于夹持线材的夹口，另一端开设有多个螺纹安装孔(44)，所述螺栓(42)穿过所述螺纹安装孔(44)后与所述固定杆(41)螺纹连接。5.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述中空气浮主轴(5)的旋转精度，轴向跳动小于等于0.1um，径向跳动小于等于0.05um。6.根据权利要求2所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述x轴气浮导轨、所述y轴气浮导轨以及所述z轴气浮导轨的定位精度为+/-0.1um，重复定位精度为+/-0.05um，进给分辨率为1nm。7.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述套筒(7)内设置有接料微管，线材被气浮旋风刀切断后落入所述接料微管，在负气压下，顺着接料微管内孔吸出并收集。8.根据权利要求1所述的一种小微纳零件超精密机床，其特征在于，所述铣削模块(2)还包括被动式滚子矫直机构，在对线材伺服放线的过程中，通过所述被动式滚子矫直机构对所述线材进行被动式滚子矫直。

技术总结
本实用新型涉及一种小微纳零件超精密机床，包括减震台、伺服放线、滚子矫直、超精密压电陶瓷送丝、多刀架超精密铣削工位和超精密旋风铣切断收料工位。所有的超精密直线运动，都是由气浮导轨模组来实现的。多刀架超精密铣削工位，可以加工多种形状的零件，可以选配激光器打微孔。超精密旋风铣切断收料工位，由中空气浮主轴、轴左端面轴套上的旋风铣刀、轴中心孔中的压电陶瓷夹头、位于该夹头下部的微型负压收料微管和轴右端面外部的调节该夹头位姿的手动微调平台组成。夹头夹紧丝料的一端，超精密旋风铣刀切断丝料，得到无尾丁光滑切断面的零件，并收料。并收料。并收料。


技术研发人员：刘正
受保护的技术使用者：苏州正丰微纳科技有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/16