專利名稱：一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于超精密加工技術領域，涉及的是一種金剛石刀具慢進快退裝置。
背景技術：
超精密切削加工技術是20世紀60年代專門針對現代化高技術需要而發展起來的先進制造技術，是一種向傳統加工方法不易突破的高精度極限挑戰的機械加工新工藝。超精密切削加工技術集成了電子、傳感、光學、控制和測量等領域的前沿技術，是高科技領域的基礎技術。隨著超精密加工技術的應用與推廣，在幾十年的時間里，機械加工精度被提高了廣3個數量級，并正向更高精度的納米級精度發展。日本、美國、英國、德國和俄羅斯等工業發達國家都將超精密加工和納米加工技術列入了 21世紀優先發展的工業計劃，使之不僅成為學術研究的熱點，而且成為代表一個國家制造業水平的標志和新的經濟增長點。超精密加工的技術指標主要有表面加工質量和形狀精度，如X射線望遠鏡中的掠射鏡面鋁基襯底要求達到0. 2 μ m的軸向形狀精度，2 μ m/1. 5m的徑向圓弧精度，5nm的RMS 表面粗糙度；同步輻射X線光刻技術中的高導無氧銅橢圓柱面，在幾百mm軸向長度范圍內， 需達到0. 13 μ m的形狀精度和0. 043 μ m的表面RMS ；又如計算機硬盤存儲器鋁盤片，其表面超精密切削加工的質量決定了存儲容量和磁頭讀盤速率；CCD、數碼相機、激光打印機和復印機等裝有光學系統的儀器設備，其曲面和平面透鏡、反射鏡及其他光學零件表面的加工精度會影響光線透射率和成像誤差。激光核聚變裝置中的各類反射鏡、透射鏡以及聚焦透鏡等光學零件表面的超精密切削加工精度直接影響到各路高能激光的散射和透射程度， 尤其是KDP晶體倍頻轉換器等零件，面形精度小于λ /6、表面粗糙度RMS小于5nm時，透射率才能達到使用要求。對于超精密切削加工來說，要獲得零件形狀尺寸的高精度和加工表面的超光滑， 除了必須擁有超精密的機床、高精度和高分辨率的檢測儀器和超穩定的加工環境條件以夕卜，還必須具備進行切削加工的高精度金剛石刀具。金剛石刀具的高精度不僅體現在具有納米級的刃口鈍圓半徑，更要求刀刃平直，無明顯微豁。要滿足該要求，金剛石刀具刀刃在研磨過程中不能承受大的沖擊載荷，刀具在逼近研磨盤面時應盡可能低速，而在撤離研磨盤面時盡可能高速，即慢進快退操作。目前這一操作過程沒有合適的裝置來實現，還是由操作人員手動完成，其效果的優劣全憑操作人員的經驗。為了監控刀具的刃磨過程，需要多次將刀具從研磨工位快速退回到檢測工位，完成檢測工作前再緩慢進給到研磨工位，缺少相應的裝置，很容易誤操作。綜上所述，亟需研制一種新型裝置來精確便捷地完成該慢進快退操作。

發明內容
本發明的目的是為了解決截至目前為止，沒有能夠實現金剛石刀具的高精度研磨和快速在位測量中的慢進快退功能的裝置的問題，提供一種高精度且操作簡便的基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置。CN 102528660 A
實現上述目的的技術方案是
一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，所述的裝置包括空氣靜壓導軌部件、慢進快退部件和機床基座，
慢進快退部件包括操作手輪、伸出桿、內置成對角接觸軸承的軸承支撐座、限位塊、 扇形擋塊、短連桿、導軌連接件、第一軸承、長連桿、第二軸承；空氣靜壓導軌部件和慢進快退部件均都置于機床基座的上表面，機床基座的上表面的中部沿其寬度方向設有貫通的長槽，機床基座的左側面上靠近該左側面的前端處沿機床基座的長度方向設有長孔，機床基座的長孔與長槽相通，伸出桿穿入在機床基座的長孔內，伸出桿的兩端伸出機床基座的外部，伸出桿靠近其一端通過內置成對角接觸軸承的軸承支撐座支撐，內置成對角接觸軸承的軸承支撐座與長槽的槽底面的前端固連，扇形擋塊和短連桿的一端均都鑲套在伸出桿的所述的一端上，限位塊固定安裝在軸承支撐座的右側面上，限位塊的下表面設有一作為限位面的斜面，斜面的后端高于前端，斜面與水平面之間的夾角為限位角β，限位角 β =20°，扇形擋塊的扇形角α為145°，扇形擋塊和限位塊沿伸出桿的徑向相對設置，長連桿設置在長槽內，短連桿的另一端與長連桿的一端之間通過第二軸承形成轉動副，長連桿的另一端與導軌連接件之間通過第一軸承形成轉動副，導軌連接件與空氣靜壓導軌部件的溜板的下表面固連；快退操作時，順時針轉動操作手輪，當溜板位于最后端位置時，扇形擋塊的扇形角β位于伸出桿中心線的上方，扇形擋塊的扇形角β的一個側邊與限位塊的上表面相鄰并呈水平設置；繼續順時針轉動操作手輪，當扇形擋塊的扇形角β的另一個側邊與限位塊的斜面相貼靠在一起時，扇形擋塊處于鎖緊狀態；慢進操作時，逆時針轉動操作手輪，當溜板位于最前端位置時，扇形擋塊的扇形角β位于伸出桿中心線的下方，扇形擋塊的扇形角β的一個側邊與限位塊的上表面呈180°設置，扇形擋塊的扇形角β的另一個側邊與限位塊的斜面相鄰設置；伸出桿的另一端與操作手輪固連，由空氣靜壓導軌部件和慢進快退部件組成對心曲柄滑塊機構。本發明的優點是本發明通過空氣靜壓導軌部件和慢進快退部件，有效的解決了金剛石刀具高精度研磨過程中退刀完全依靠技術工人個人經驗的問題，可以快捷精確地實現金剛石刀具的慢進快退操作。本發明中空氣靜壓導軌部件的直線度誤差小于 0. lMm/lOOmm，在垂直于導軌方向上的位置誤差小于0. IMm(即溜板移動時，可保證在垂直于空氣靜壓導軌部件方向上的位置誤差小于0. lMffl)，可實現高精度的重復定位，且摩擦系數小于0. 01，幾乎沒有摩擦力，溜板運動平穩，無爬行現象。慢進快退部件中的核心部件扇形擋塊連桿，可簡便精確的實現慢進快退操作，并可實現自鎖，避免誤操作。高的重復定位精度允許金剛石刀具多次從研磨工位移動到檢測工位，進行便捷快速地在位測量，從而實時監測金剛石刀具的刃磨過程。


圖1為本發明的總體結構的立體圖，圖1中的箭頭所指的方向為機床基座由前至后的方向；
圖2為空氣靜壓導軌部件與機床基座裝配的主剖視圖； 圖3為慢進快退部件的主視結構圖； 圖4為圖3的俯視結構圖；圖5是慢進快退部件的的立體圖； 圖6a為空氣靜壓導軌部件在最后端位置工作狀態圖； 圖6b為空氣靜壓導軌部件在最前端位置工作狀態圖6c為自鎖位置工作狀態圖，圖中Fp為平行于短連桿方向的分力；θ為長連桿和水平線所形成的夾角；
圖7為限位塊的主視圖； 圖8是圖7的俯視圖； 圖9為扇形擋塊的主視圖。圖中，空氣靜壓導軌部件1、慢進快退部件2、機床基座3、左側止推板1-1、第一圓柱頭內六角螺釘1-2、左上止推板1-3、小孔節流器1-4、溜板1-5、右上止推板1-6、右側止推板1-7、第二圓柱頭內六角螺釘1-8、左凸臺1-9、右凸臺1-10、機床基座3、操作手輪2-1、伸出桿2-2、內置成對角接觸軸承的軸承支撐座2-3、限位塊2-4、扇形擋塊2-5、短連桿2_6、導軌連接件2-7、第一軸承2-9、長連桿2-10、第二軸承2-11、斜面2_13、長槽3_1、長孔3_2、扇形角"、限位角β。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1-圖9，一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，所述的裝置包括空氣靜壓導軌部件1、慢進快退部件2和機床基座3，
慢進快退部件2包括操作手輪2-1、伸出桿2-2、內置成對角接觸軸承的軸承支撐座 2-3、限位塊2-4、扇形擋塊2-5、短連桿2-6、導軌連接件2_7、第一軸承2_9、長連桿2_10、第二軸承2-11 ；空氣靜壓導軌部件1和慢進快退部件2均都置于機床基座3的上表面，機床基座3的上表面的中部沿其寬度方向設有貫通的長槽3-1，機床基座3的左側面上靠近該左側面的前端處沿機床基座3的長度方向設有長孔3-2，機床基座3的長孔3-2與長槽3-1 相通，伸出桿2-2穿入在機床基座3的長孔內，伸出桿2-2的兩端伸出機床基座3的外部， 伸出桿2-2靠近其一端通過內置成對角接觸軸承的軸承支撐座2-3支撐，內置成對角接觸軸承的軸承支撐座2-3與長槽3-1的槽底面的前端固連，扇形擋塊2-5和短連桿2-6的一端均都鑲套在伸出桿2-2的所述的一端上，限位塊2-4固定安裝在軸承支撐座2-3的右側面上，限位塊2-4的下表面設有一作為限位面的斜面2-13，斜面2-13的后端高于前端，斜面2-13與水平面之間的夾角為限位角β，限位角β =20°，扇形擋塊2-5的扇形角α為 145°，扇形擋塊2-5和限位塊2-4沿伸出桿2-2的徑向相對設置，配對前剩余角度為15°， 長連桿2-10設置在長槽3-1內，短連桿2-6的另一端與長連桿2-10的一端之間通過第二軸承2-11形成轉動副，長連桿2-10的另一端與導軌連接件2-7之間通過第一軸承2-9形成轉動副，導軌連接件2-7與空氣靜壓導軌部件1的溜板1-5的下表面固連；快退操作時， 順時針(快速)轉動操作手輪2-1，當溜板1-5位于最后端位置時，扇形擋塊2-5的扇形角β 位于伸出桿2-2中心線的上方，扇形擋塊2-5的扇形角β的一個側邊與限位塊2-4的上表面相鄰并呈水平設置；繼續順時針轉動操作手輪2-1，當扇形擋塊2-5的扇形角β的另一個側邊與限位塊2-4的斜面相貼靠在一起時，扇形擋塊2-5處于鎖緊狀態；慢進操作時，逆時針(緩慢)轉動操作手輪2-1，當溜板1-5位于最前端位置時，扇形擋塊2-5的扇形角β 位于伸出桿2-2中心線的下方，扇形擋塊2-5的扇形角β的一個側邊與限位塊2-4的上表面呈180°設置，扇形擋塊2-5的扇形角β的另一個側邊與限位塊2-4的斜面2-13相鄰設置，溜板1-5的最大行程由短連桿2-6的長度決定，當短連桿2-6所述的另一端朝向機床基座3的后端且呈水平姿態時，溜板1-5到達其最后端位置；當短連桿2-6所述的另一端朝向機床基座3的前端且呈水平姿態時，溜板1-5到達其最前端位置，伸出桿2-2的另一端與操作手輪2-1通過緊定螺釘固連，由空氣靜壓導軌部件1和慢進快退部件2組成對心曲柄滑塊機構(短連桿2-6相當于曲柄，空氣靜壓導軌部件1中的溜板1-5相當于滑塊，它們均通過轉動副與長連桿2-10相連，空氣靜壓導軌部件1提供高精度的直線往復運動)。空氣靜壓導軌部件1的行程為100mm。使用時，將5個大氣壓的高壓氣體通過小孔節流器1-4進入溜板1-5和止推板之間形成高壓潤滑氣膜，然前連續地流入溜板1-5的下表面產生浮力，由機床基座3、左側止推板1-1、左上止推板1-3、右上止推板1-6和右側止推板1-7形成封閉的膜腔，溜板1-5在此封閉膜腔內做往復運動。
具體實施方式
二 如圖1、圖3及圖6a-圖6c，具體實施方式
一所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，所述的空氣靜壓導軌部件1包括溜板1-5、四個止推板及多個小孔節流器1-4，四個止推板分別是左側止推板1-1、右側止推板1-7、左上止推板1-3及右上止推板1-6，溜板1-5位于機床基座3的上表面的中部，溜板1-5的左側一體制成有左凸臺1-9，溜板1-5的右側一體制成有右凸臺1-10，左側止推板1-1位于左凸臺1-9的左側，右側止推板1-7位于右凸臺1-10的右側，左上止推板1-3放置在左側止推板1-1和左凸臺1-9上，右上止推板1-6放置在右側止推板1-7和右凸臺1-10上，溜板 1-5的六個止推面上均都設有多個節流孔，即在左凸臺1-9的上表面豎直向下、右凸臺1-10 的上表面豎直向下、左凸臺1-9的左側面水平向右，右凸臺1-10的右側面水平向左、左凸臺 1-9的下表面豎直向上以及右凸臺1-10的下表面豎直向上各分別設有多個節流孔，每個止推面上的多個節流孔平行設置，每個節流孔內鑲嵌一個小孔節流器1-4，溜板1-5的六個止推面中，位于溜板1-5左側的三個止推面上的多個小孔節流器1-4連通設置，位于溜板1-5 右側的三個止推面上的多個小孔節流器1-4連通設置，左上止推板1-3與左側止推板1-1 通過多個第一圓柱頭內六角螺釘1-2緊固相連，右側止推板1-7與機床基座3通過多個第二圓柱頭內六角螺釘1-8緊固相連。平行設置的相鄰兩個小孔節流器1-4的中心距為50mm，小孔節流孔器1-4的內孔直徑為0. 15mm。結構簡單，使用安全可靠。溜板1-5及四個止推板均都由花崗巖制成。因為花崗巖具有穩定性好，對溫度不敏感，加工簡便，吸振性好等一系列的優點。
具體實施方式
二 如圖4、圖5、圖6a及圖6b，具體實施方式
一或二所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，扇形擋塊2-5和短連桿2-6的一端均都各通過一個平鍵鑲套在伸出桿2-2的所述的一端上。結構簡單，安裝方便。本發明的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，快退操作時，順時針快速轉動操作手輪2-1，帶動由軸承支承座2-3支承的伸出桿2-2快速順時針轉動，從而帶動扇形擋塊2-5和短連桿2-6順時針轉動，進而通過長連桿2-10帶動溜板1-5 向后快退。當操作手輪2-1轉動180°時，溜板1-5到達最后端位置，見圖6a;繼續順時針轉動操作手輪2-1，直到扇形擋塊2-5被限位塊2-4擋住，由于導軌所受拉力F有垂直于短連桿2-6向下的分力Fv，其計算公式如公式一所示； Fv=FXL2X sinl5° / L1
其中，F—空氣靜壓導軌部件1所受的拉力；Fv—垂直于短連桿2-6方向的分力I1 一長連桿2-10的長度；L2—短連桿2-6的長度；
從公式一可以看出，分力Fv遠大于零，在沒有其它外力的作用下該裝置實現了自鎖，見圖6c。對曲柄施加相反方向的力，逆時針轉動操作手輪2-1，帶動短連桿2-6通過最前端點， 即可解除該自鎖狀態。慢進操作時，逆時針緩慢轉動操作手輪2-1，帶動由軸承支承座2-3 支承的伸出桿2-2緩慢逆時針轉動，并以此帶動扇形擋塊2-5和短連桿2-6逆時針緩慢轉動，進而通過長連桿2-10帶動溜板1-5向前低速進給，見圖6b。整個裝置快退到自鎖位置前，可通過檢測裝置對金剛石刀具的刃磨質量進行檢測或者進行金剛石刀具的更換。
慢進快退部件可實現緩慢進給和快速退回操作，并當快速退回時可實現自鎖，且不影響研磨機恒壓力系統的工作。
權利要求
1.一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，其特征在于所述的裝置包括空氣靜壓導軌部件(1)、慢進快退部件(2 )和機床基座(3 )，慢進快退部件(2)包括操作手輪(2-1)、伸出桿(2-2)、內置成對角接觸軸承的軸承支撐座(2-3)、限位塊(2-4)、扇形擋塊(2-5)、短連桿(2-6)、導軌連接件(2-7)、第一軸承 (2-9)、長連桿(2-10)、第二軸承(2-11)；空氣靜壓導軌部件(1)和慢進快退部件(2)均都置于機床基座(3)的上表面，機床基座(3)的上表面的中部沿其寬度方向設有貫通的長槽 (3-1)，機床基座(3)的左側面上靠近該左側面的前端處沿機床基座(3)的長度方向設有長孔(3-2)，機床基座(3)的長孔(3-2)與長槽(3-1)相通，伸出桿(2-2)穿入在機床基座(3) 的長孔內，伸出桿(2-2)的兩端伸出機床基座(3)的外部，伸出桿(2-2)靠近其一端通過內置成對角接觸軸承的軸承支撐座(2-3)支撐，內置成對角接觸軸承的軸承支撐座(2-3) 與長槽(3-1)的槽底面的前端固連，扇形擋塊(2-5)和短連桿(2-6)的一端均都鑲套在伸出桿(2-2)的所述的一端上，限位塊(2-4)固定安裝在軸承支撐座(2-3)的右側面上，限位塊(2-4)的下表面設有一作為限位面的斜面(2-13)，斜面(2-13)的后端高于前端，斜面 (2-13)與水平面之間的夾角為限位角β，限位角β =20°，扇形擋塊(2-5)的扇形角α為 145°，扇形擋塊(2-5)和限位塊(2-4)沿伸出桿(2-2)的徑向相對設置，長連桿(2-10)設置在長槽(3-1)內，短連桿(2-6)的另一端與長連桿(2-10)的一端之間通過第二軸承(2-11) 形成轉動副，長連桿(2-10)的另一端與導軌連接件(2-7)之間通過第一軸承(2-9)形成轉動副，導軌連接件(2-7)與空氣靜壓導軌部件(1)的溜板(1-5)的下表面固連；快退操作時， 順時針轉動操作手輪(2-1)，當溜板(1-5)位于最后端位置時，扇形擋塊(2-5)的扇形角β 位于伸出桿(2-2)中心線的上方，扇形擋塊(2-5)的扇形角β的一個側邊與限位塊(2-4) 的上表面相鄰并呈水平設置；繼續順時針轉動操作手輪(2-1)，當扇形擋塊(2-5)的扇形角 β的另一個側邊與限位塊(2-4)的斜面相貼靠在一起時，扇形擋塊(2-5)處于鎖緊狀態；慢進操作時，逆時針轉動操作手輪(2-1 )，當溜板(1-5)位于最前端位置時，扇形擋塊(2-5)的扇形角β位于伸出桿(2-2)中心線的下方，扇形擋塊(2-5)的扇形角β的一個側邊與限位塊(2-4)的上表面呈180°設置，扇形擋塊(2-5)的扇形角β的另一個側邊與限位塊(2-4) 的斜面(2-13)相鄰設置；伸出桿(2-2)的另一端與操作手輪(2-1)固連，由空氣靜壓導軌部件(1)和慢進快退部件(2)組成對心曲柄滑塊機構。
2.如權利要求1所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，其特征在于所述的空氣靜壓導軌部件(1)包括溜板(1-5)、四個止推板及多個小孔節流器 (1-4)，四個止推板分別是左側止推板(1-1)、右側止推板(1-7)、左上止推板(1-3)及右上止推板(1-6)，溜板(1-5)位于機床基座(3)的上表面的中部，溜板(1-5)的左側一體制成有左凸臺(1-9)，溜板(1-5)的右側一體制成有右凸臺(1-10)，左側止推板(1-1)位于左凸臺(1-9)的左側，右側止推板(1-7)位于右凸臺(1-10)的右側，左上止推板(1-3)放置在左側止推板(1-1)和左凸臺(1-9)上，右上止推板(1-6)放置在右側止推板(1-7)和右凸臺 (1-10)上，溜板(1-5)的六個止推面上均都設有多個節流孔，每個止推面上的多個節流孔平行設置，每個節流孔內鑲嵌一個小孔節流器(1-4)，溜板(1-5)的六個止推面中，位于溜板 (1-5)左側的三個止推面上的多個小孔節流器(1-4)連通設置，位于溜板(1-5)右側的三個止推面上的多個小孔節流器(1-4)連通設置，左上止推板(1-3)與左側止推板(1-1)緊固相連，右側止推板(1-7)與機床基座(3)緊固相連。
3.如權利要求2所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，其特征在于平行設置的相鄰兩個小孔節流器(1-4)的中心距為50mm，小孔節流孔器(1-4)的內孔直徑為0. 15mm。
4.如權利要求2或3所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置， 其特征在于溜板(1-5)及四個止推板均都由花崗巖制成。
5.如權利要求1所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置，其特征在于所述的空氣靜壓導軌部件(1)的行程為100mm。
6.如權利要求1或5所述的一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置， 其特征在于扇形擋塊(2-5)和短連桿(2-6)的一端均都各通過一個平鍵鑲套在伸出桿 (2-2)的所述的一端上。
全文摘要
一種基于空氣靜壓導軌部件的金剛石刀具慢進快退裝置。屬于超精密加工技術領域。截至目前為止，沒有能夠實現金剛石刀具的高精度研磨和快速在位測量的慢進快退的裝置。空氣靜壓導軌部件和慢進快退部件置于機床基座上，機床基座的長孔與長槽相通，伸出桿穿入在長孔內，伸出桿通過軸承支撐座支撐，軸承支撐座與長槽固連，扇形擋塊和短連桿的一端均都鑲套在伸出桿上，限位塊固定安裝在軸承支撐座上，限位塊設有斜面，扇形擋塊和限位塊沿伸出桿徑向相對設置，長連桿設置在長槽內，短連桿的另與長連桿及長連桿與導軌連接件之間形成轉動副，導軌連接件與空氣靜壓導軌部件的溜板固連，伸出桿與操作手輪固連。本發明用于金剛石刀具高精度研磨及慢進快退。
文檔編號B24B47/20GK102528660SQ201210066858
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者孫濤, 宗文俊, 李增強, 趙學森 申請人:哈爾濱工業大學