CN222133789U - 飞秒激光加工用五轴运动台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞秒激光加工用五轴运动台，包括由下至上依次叠层组装的Z轴运动组件、XY轴运动组件和AC轴运动组件；所述Z轴运动组件设置有Z轴底座，所述Z轴底座的顶部通过丝杠组件横向滑动连接有楔形滑台，所述楔形滑台的顶部斜面滑动连接有两个相互平行的楔形安装块，两楔形安装块的顶部平面固定连接有Z轴负载板，两楔形安装块的一侧端面均竖向滑动连接有滑块，所述Z轴底座的顶部还固定连接有滑块固定块，两滑块的侧端面均与所述滑块固定块的侧壁固定连接。本实用新型提供了一种五自由度精密运动的平台装置，其结构设计合理，确保飞秒激光加工的超高精度的实现。

Description

飞秒激光加工用五轴运动台

技术领域

本实用新型涉及高精密加工技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种飞秒激光加工用五轴运动台。

背景技术

随着科技的进步和发展，对零件加工精度和质量的要求越来越高，特别是在微细加工、微纳机构制作、光子器件、高密度存储、医疗和生物工程等方面，传统加工装置和技术难以满足现在制造业的发展要求。

飞秒激光由于其超快的时间特性，超高的峰值功率和极强的聚焦能力，使其可以实现极高的加工精度。飞秒激光的出现对于航空、航天、3C等高端制造技术来说尤为关键，飞秒激光加工装置与技术也成为了解决零件高精度、高质量加工的重要手段。

五轴加工机床的五个坐标轴可以实现联动，从而满足空间曲面及任意轮廓的加工，使工件在一次装夹后能完成大量的加工工序，保证零件的各方面的精度要求。其在航空航天、医疗等众多先进制造业等关键领域中的应用越来越多，然而现有技术中无论是传统激光加工中的激光头还是飞秒激光加工中的振镜都是设置在Z轴上，使其沿着Z轴做上下的运动，如授权专利号为CN219402791U的实用新型专利中公开了一种摆头机构的五轴激光加工装备，其振镜安装于Z轴向滑座上，这种机床其Z轴的运行精度对最终加工件的精度影响非常大，其误差会随着激光头或振镜与加工件表面的距离成倍放大。且现有技术中竖直方向的运动常采用侧挂的方式，导致Z轴的运动负荷大，加工精度低。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种飞秒激光加工用五轴运动台，为飞秒激光加工的高精度和高质量实现提供高精度五自由度的运动保障。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种飞秒激光加工用五轴运动台，包括由下至上依次叠层组装的Z轴运动组件、XY轴运动组件和AC轴运动组件；

所述Z轴运动组件设置有Z轴底座，所述Z轴底座的顶部通过丝杠组件横向滑动连接有楔形滑台，所述楔形滑台的顶部斜面滑动连接有两个相互平行的楔形安装块，两楔形安装块的顶部平面固定连接有Z轴负载板，两楔形安装块的一侧端面均竖向滑动连接有滑块，所述Z轴底座的顶部还固定连接有滑块固定块，两滑块的侧端面均与所述滑块固定块的侧壁固定连接，所述楔形滑台的两个相对的三角形侧端面的底部均设置有横向滑槽，顶部均设置有斜向滑槽，所述Z轴底座的顶部还间隔设置有两个相互平行的横向台阶，两个楔形安装块的底部斜面设置有斜向台阶，两横向滑槽与两横向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨A滑动连接，两斜向滑槽与两斜向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨B滑动连接，两个楔形安装块的侧端面与相应的两个滑块之间通过滑块导轨滑动连接。

优选的是，所述丝杠组件包括设置于所述Z轴底座顶部的两支撑轴承座，两支撑轴承座之间转动安装有丝杠轴，所述丝杠轴外周匹配套设有丝杠母，所述丝杠母通过丝杠母安装块与所述楔形滑台固定连接，所述丝杠轴的一端通过联轴器与伺服电机的输出主轴相连接。

优选的是，所述Z轴底座的顶部安装有电机安装座，所述伺服电机与电机安装座固定连接。

优选的是，所述楔形滑台的底部开设有空腔，所述楔形滑台的一矩形侧端面开设有供所述丝杠母安装块容纳安装的缺口。

优选的是，所述空腔的内侧壁安装有光栅尺，所述Z轴底座安装有读数头安装座，所述读数头安装座固接有与所述光栅尺对应的读数头。

优选的是，所述Z轴底座的顶部设置有竖向延伸的限位块，所述限位块开设有竖向延伸的长条形通孔，所述楔形安装块的侧壁安装有限位钉，所述限位钉的外端部匹配滑动容纳入所述长条形通孔内。

优选的是，所述Z轴底座的顶部还相对安装有两侧封板和两遮挡板。

优选的是，所述XY轴运动组件固定安装于所述Z轴负载板的顶部，所述AC轴运动组件安装于所述XY轴运动组件的顶部。

本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型所述飞秒激光加工用五轴运动台，可实现五个方向的各自运动或多方向联动，其竖直方向的运动采用平升Z轴的方式，即Z轴采用楔形结构，通过两组交叉滚柱导轨和一组滑块导轨做支撑导向，伺服电机带动滚珠丝杠结构提供驱动，直线光栅尺提供位置反馈来实现大负载、大行程和高精度的升降运动平台，为飞秒激光加工的高精度和高质量实现提供高精度五自由度的运动保障，且使用时振镜固定于支架上不动，排除了振镜运动所带来的放大的运动误差，确保飞秒激光加工的超高精度的实现。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的其中一种技术方案所述飞秒激光加工用五轴运动台的结构示意图；

图2为本实用新型的其中一种技术方案中所述Z轴运动组件的结构示意图；

图3为本实用新型的其中一种技术方案中所述Z轴运动组件的纵截面结构示意图；

图4为本实用新型的其中一种技术方案中所述Z轴运动组件的横截面局部剖视图；

图5为本实用新型的其中一种技术方案中所述交叉滚柱导轨A和交叉滚柱导轨B的结构示意图；

图6为图5中所述交叉滚柱导轨A的局部放大图；

图7为本实用新型的其中一种技术方案中所述光栅尺和读数头的结构示意图；

图8为本实用新型的其中一种技术方案中所述楔形滑台的结构示意图；

图9为本实用新型的其中一种技术方案中所述AC轴运动组件的底视图；

图10为本实用新型的其中一种技术方案中所述XY轴运动组件的底视图；

图11为本实用新型的其中一种技术方案中所述XY轴运动组件的立体图；

图12为图11中所述XY轴的接线盒的局部放大图；

图13为本实用新型的其中一种技术方案中所述飞秒激光加工用五轴运动台的工作布局示意图；

图14为图13中所述调节镜的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-14所示，本实用新型提供一种飞秒激光加工用五轴运动台，包括由下至上依次叠层组装的Z轴运动组件100、XY轴运动组件200和AC轴运动组件300；

所述Z轴运动组件100设置有Z轴底座101，所述Z轴底座101的顶部通过丝杠组件横向滑动连接有楔形滑台102，所述楔形滑台102的顶部斜面滑动连接有两个相互平行的楔形安装块103，两楔形安装块103的顶部平面固定连接有Z轴负载板104，两楔形安装块103的一侧端面均竖向滑动连接有滑块105，所述Z轴底座101的顶部还固定连接有滑块固定块106，两滑块105的侧端面均与所述滑块固定块106的侧壁固定连接，所述楔形滑台102的两个相对的三角形侧端面的底部均设置有横向滑槽118，顶部均设置有斜向滑槽119，所述Z轴底座101的顶部还间隔设置有两个相互平行的横向台阶，两个楔形安装块103的底部斜面设置有斜向台阶，两横向滑槽118与两横向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨A 120滑动连接，两斜向滑槽119与两斜向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨B 121滑动连接，两个楔形安装块103的侧端面与相应的两个滑块105之间通过滑块导轨122滑动连接。

上述技术方案中，所述飞秒激光加工用五轴运动台采用模块化叠层方式进行集成组装，其分别由底层的Z轴运动组件100，中间的XY轴运动组件200和顶层的AC轴运动组件300组合而成。各连接组件之间通过螺钉进行固定安装。所述Z轴运动组件100包括相互平行的Z轴底座101和Z轴负载板104，二者之间安装有相对设置的楔形滑台102和两个楔形安装块103，其中，所述楔形滑台102的底部与所述Z轴底座101的顶部滑动连接，且所述楔形滑台102由丝杠组件驱动其在Z轴底座101上横向滑动，所述楔形滑台102的顶部倾斜面与两个楔形安装块103的倾斜底面滑动连接，两个楔形安装块103的顶部与Z轴负载板104的底部固接，两个楔形安装块103的同侧侧壁均滑动连接有滑块105，使楔形安装块103相对于所述滑块105竖向滑动，滑块105远离楔形安装块103的端部固接滑动固定块，所述滑动固定块的底部向下延伸至与所述Z轴底座101的顶部固接。交叉滚柱导轨A 120容纳于楔形滑台102底部的横向滑槽118内，交叉滚柱导轨B 121容纳于楔形滑台102顶部的斜向滑槽119内，其中交叉滚柱导轨A 120和交叉滚柱导轨B 121的结构与现有技术中公开的交叉滚子导轨的结构一致，由两根具有V型滚道的导轨、滚子保持架、圆柱滚子等组成，相互交叉排列的圆柱滚子在经过精密磨削的V型滚道面上往复运动，可承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动，所述Z轴底座101顶面的横向台阶内侧面与交叉滚柱导轨A 120的外侧导轨贴合并通过螺钉固定连接，所述交叉滚柱导轨A 120的内侧导轨与横向滑槽118的内侧壁通过螺钉固定连接，所述斜向滑槽119的内侧壁与交叉滚柱导轨B 121的内侧导轨贴合并通过螺钉固定连接，交叉滚柱导轨B 121的外侧导轨与两个楔形安装块103底部的斜向台阶内侧面通过螺钉固定连接。两楔形安装块103的侧壁通过螺钉固定安装竖向延伸的滑块导轨122，滑块105滑动套设在滑块导轨122上，所述滑块导轨122为直线导轨，方便楔形安装块103的上下滑动。两组交叉滚柱导轨和一组滑块导轨122构成了Z轴运动台的支撑和运动导向结构。使用过程中，丝杠组件驱动楔形滑台102横向滑动，受楔形滑台102的挤压作用，同时受到滑块105及滑块固定块106竖直方向上的导向作用，两楔形安装块103竖向移动，进而带动Z轴负载板104竖向移动，以此实现所述飞秒激光加工用五轴运动台在Z轴方向上的运动。所述Z轴运动组件100设置所述滑块105通过滑块固定块106与Z轴底座101固接，对楔形安装块103起到支撑和运动导向的作用，使两楔形安装块103实现竖向移动。采用楔形结构实现竖直方向上的平升运动，实现了大负载、大行程和高精度的升降运动平台，使Z轴方向上的运动更加稳定。

如图4所示，在另一种技术方案中，所述丝杠组件包括设置于所述Z轴底座101顶部的两支撑轴承座，两支撑轴承座之间转动安装有丝杠轴108，所述丝杠轴108外周匹配套设有丝杠母，所述丝杠母通过丝杠母安装块109与所述楔形滑台102固定连接，所述丝杠轴108的一端通过联轴器110与伺服电机111的输出主轴相连接。本技术方案中，所述丝杠组件包括两个支撑轴承座，二者通过螺钉固定于Z轴底座101上，丝杠轴108的两端旋转穿过两个支撑轴承座，其中一端通过联轴器110与伺服电机111的输出主轴相连接，伺服电机111通过螺钉固定安装于电机安装座上，电机安装座通过螺钉固定于Z轴底座101上，丝杠母通过螺钉与丝杠母安装块109相连接，丝杠母安装块109通过螺钉与楔形滑台102固定连接。伺服电机111驱动丝杠轴108转动，进而带动丝杠母、丝杠母安装块109、楔形滑台102横向运动，并通过楔形结构布置实现Z轴负载板104的升降运动，使Z轴方向上的运动稳定性好，精准度高。

如图4所示，在另一种技术方案中，所述Z轴底座101的顶部安装有电机安装座，所述伺服电机111与电机安装座固定连接。本技术方案中，所述伺服电机111通过螺钉固定安装于电机安装座上，电机安装座通过螺钉固定于Z轴底座101上，提高结构稳定性。

如图8所示，在另一种技术方案中，所述楔形滑台102的底部开设有空腔113，所述楔形滑台102的一矩形侧端面开设有供所述丝杠母安装块109容纳安装的缺口114。

如图7所示，在另一种技术方案中，所述空腔113的内侧壁安装有光栅尺115，所述Z轴底座101安装有读数头安装座116，所述读数头安装座116固接有与所述光栅尺115对应的读数头117。本技术方案中，空腔113的内侧壁靠近楔形滑台102的底部设置有供光栅尺115安装的卡槽107，所述光栅尺115粘贴于卡槽107内，读数头117通过螺钉与读数头安装座116固定连接，并与光栅尺115相对应，读数头安装座116通过螺钉与Z轴底座101固定连接。所述光栅尺115与读数头117相配合实现Z轴运动的实时位置反馈。

如图3所示，在另一种技术方案中，所述Z轴底座101的顶部设置有竖向延伸的限位块123，所述限位块123开设有竖向延伸的长条形通孔124，所述楔形安装块103的侧壁安装有限位钉125，所述限位钉125的外端部匹配滑动容纳入所述长条形通孔124内。本技术方案中，限位块123通过螺钉固定安装在Z轴底座101上，限位钉125通过螺纹拧紧固定在楔形安装块103的一侧，限位钉125可在限位块123的长条形通孔124内上下运动，其共同配合实现Z轴运动台上下运动行程的机械限位。

如图2所示，在另一种技术方案中，所述Z轴底座101的顶部还相对安装有两侧封板126和两遮挡板127。本技术方案中，两侧封板126和两遮挡板127环绕安装于楔形滑台102外周。

如图9-14所示，在另一种技术方案中，所述XY轴运动组件200固定安装于所述Z轴负载板104的顶部，所述AC轴运动组件300安装于所述XY轴运动组件200的顶部。本技术方案中，五轴运动台采用模块化叠层方式进行集成组装，其分别由底层的Z轴运动组件100，中间的XY轴运动组件200和顶层的AC轴运动组件300组合而成。各连接组件之间通过螺钉进行固定安装。且五轴运动台对线缆系统进行优化设计，AC轴的线缆转接到XY轴的接线盒201处再通过扁平运动线缆202的形式导出运动台后接入控制系统，Z轴的线缆通过结构设计确保线缆固定无运动部分。AC轴运动组件300参照专利申请（申请公布号为CN116275632A）“高精度大负载AC轴”，相较于上述专利申请，本申请的AC轴运动组件300结构尺寸进行进一步精简优化，特别将原结构中的6根线缆规整为2根线缆。AC轴运动组件300通过图8中的8个固定安装孔301用螺钉与XY轴运动组件200相固定连接。4个螺纹通孔302可通过拧入顶丝用于AC轴运动组件300的调平操作。所述XY轴运动组件200的底部设置有8个安装孔203用螺钉与Z轴负载板104固定连接。使用安装时将所述飞秒激光加工用五轴运动台安装于框架组件的底板400上，框架组件还设置有顶板401，顶板401和底板400之间由两个支撑板402支撑，将飞秒激光器403和多组调节镜404安装于顶板上，顶板401的边缘处安装动态聚焦组件405，所述动态聚焦组件405的一侧正对一组调节镜404，另一侧安装扫描振镜407，所述扫描振镜407悬空置于所述飞秒激光加工用五轴运动台的正上方。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型飞秒激光加工用五轴运动台的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，包括由下至上依次叠层组装的Z轴运动组件、XY轴运动组件和AC轴运动组件；

所述Z轴运动组件设置有Z轴底座，所述Z轴底座的顶部通过丝杠组件横向滑动连接有楔形滑台，所述楔形滑台的顶部斜面滑动连接有两个相互平行的楔形安装块，两楔形安装块的顶部平面固定连接有Z轴负载板，两楔形安装块的一侧端面均竖向滑动连接有滑块，所述Z轴底座的顶部还固定连接有滑块固定块，两滑块的侧端面均与所述滑块固定块的侧壁固定连接，所述楔形滑台的两个相对的三角形侧端面的底部均设置有横向滑槽，顶部均设置有斜向滑槽，所述Z轴底座的顶部还间隔设置有两个相互平行的横向台阶，两个楔形安装块的底部斜面设置有斜向台阶，两横向滑槽与两横向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨A滑动连接，两斜向滑槽与两斜向台阶对应，并通过两组交叉滚柱导轨B滑动连接，两个楔形安装块的侧端面与相应的两个滑块之间通过滑块导轨滑动连接。

2.如权利要求1所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述丝杠组件包括设置于所述Z轴底座顶部的两支撑轴承座，两支撑轴承座之间转动安装有丝杠轴，所述丝杠轴外周匹配套设有丝杠母，所述丝杠母通过丝杠母安装块与所述楔形滑台固定连接，所述丝杠轴的一端通过联轴器与伺服电机的输出主轴相连接。

3.如权利要求2所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述Z轴底座的顶部安装有电机安装座，所述伺服电机与电机安装座固定连接。

4.如权利要求2所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述楔形滑台的底部开设有空腔，所述楔形滑台的一矩形侧端面开设有供所述丝杠母安装块容纳安装的缺口。

5.如权利要求4所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述空腔的内侧壁安装有光栅尺，所述Z轴底座安装有读数头安装座，所述读数头安装座固接有与所述光栅尺对应的读数头。

6.如权利要求1所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述Z轴底座的顶部设置有竖向延伸的限位块，所述限位块开设有竖向延伸的长条形通孔，所述楔形安装块的侧壁安装有限位钉，所述限位钉的外端部匹配滑动容纳入所述长条形通孔内。

7.如权利要求1所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述Z轴底座的顶部还相对安装有两侧封板和两遮挡板。

8.如权利要求1所述的飞秒激光加工用五轴运动台，其特征在于，所述XY轴运动组件固定安装于所述Z轴负载板的顶部，所述AC轴运动组件安装于所述XY轴运动组件的顶部。