一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，包括直線電機和滾動直線導軌I，所述的直線電機的定子兩端通過支撐裝置軸向固定；直線電機的動子底部設有一個與其相連的L形支撐板，在支撐板的底部設有直線導軌II，所述的直線電機的動子在帶動支撐板沿著直線導軌II直線移動；直線導軌I的一端與直線電機的動子端部相連，直線導軌I的另一端安裝有刀盒；直線導軌I在直線電機的動子的驅動下帶著刀盒水平移動。
【專利說明】
一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架
技術領域
[0001]本發(fā)明設計的是一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，主要應用于發(fā)動機核心零部件活塞異形外圓的車削加工。
【背景技術】
[0002]目前的活塞外圓加工車床的伺服刀架結構存在以下不足:
[0003](I)采用傳統的伺服旋轉電機+滾珠絲杠等中間轉換結構，該結構由于存在絲杠螺母等中間轉換環(huán)節(jié)，導致伺服刀架慣量增大，使進給加速度受限，并增加傳動誤差，導致活塞外圓的加工精度不足及加工速度受限。
[0004](2)直線電機直接驅動的方式，雖然系統的響應速度增加，但是現有刀架由于結構所限，系統剛度不足，影響刀具吃刀剛性及活塞外圓的加工精度。
[0005](3)現有伺服刀架導軌磨損無法自動補償，影響活塞外圓的加工尺寸及輪廓精度。
[0006](4)音圈電機具有較好的頻響特性，但輸出力較小，現有音圈電機驅動式伺服刀架不適合鍛鋼等高強度活塞異形外圓的精密加工;該類刀架結構多采用由彈簧板組成的彈性四連桿結構作為其導向系統，使刀架有效輸出力更小，且加工行程也受到了限制，一般為2毫米左右。
[0007]技術方案
[0008]為了克服目前活塞異形外圓加工車床的伺服刀架結構的缺點，本發(fā)明公開了一種伺服刀架結構，在保證活塞外圓的高加工精度的同時保證了活塞外圓的高加工速度，另外伺服刀架的直線電機有更大的推力；該結構與現有的活塞異形外圓加工伺服刀架結構相比，能顯著的提高活塞外圓的加工速度與加工精度。
[0009]本發(fā)明技術解決其技術問題的方案是:
[0010]—種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，包括直線電機和直線導軌1(主導軌)，所述的直線電機的定子兩端通過支撐裝置軸向固定;直線電機的動子底部設有與其相連的L形支撐板，在支撐板的底部設有直線導軌IK副導軌)，所述的直線電機的動子帶動支撐板沿著直線導軌II直線移動;直線導軌I的一端與直線電機的動子端部相連，直線導軌I的另一端安裝有刀盒;直線導軌I在直線電機的動子的驅動下帶著刀盒水平移動。
[0011]進一步的，所述的直線導軌I為方形結構，其四個面通過軸承支撐;其中直線導軌I的底面的軸承架固定在前箱體上，與底面相對的頂面的的軸承架采用板簧壓緊;直線導軌I的右側面的軸承固定在前箱體上，與右側面相對的左側面的軸承架采用板簧壓緊。
[0012]進一步的，根據需要也可以將直線導軌I的左側面的軸承固定在箱體上，與左側面相對的右側面的軸承采用板簧壓緊。
[0013]進一步的，所述的板簧的兩端與軸承架固定連接，所述的板簧通過一個調節(jié)塊調節(jié)其與直線導軌I的距離，進而實現軸承壓緊。
[0014]進一步的，所述的支撐裝置包括前支撐架和后支撐架上，所述的前支撐架上設有防止直線電機的動子與前支撐架相撞的防撞塊。
[0015]進一步的，所述的前箱體與上蓋、前蓋、后蓋和底板相連形成伺服刀架的密封腔。
[0016]進一步的，所述的底板主要用于支撐直線電機，在底板上設置底板調整板，所述的直線導軌II設置在底板調整板上，用于調整直線導軌II相對主導軌安裝面左右方向的平行度。
[0017]進一步的，所述的伺服刀架的刀盒安裝面上還設有皮罩，所述的皮罩通過皮罩壓緊裝置壓緊。
[0018]進一步的，在所述的直線導軌I材料采用鍛鋁材料，其表面要進行硬氧處理。
[0019]進一步的，位于刀盒安裝側的軸承架的安裝面與前箱體面留有I毫米調整間隙，而軸承架底面上設有2個頂端為120°錐形角的光孔，來自前箱體下端的頂絲頂入錐形孔中，形成具有一定萬向功能的頂緊結構，通過軸承架將軸承壓向直線導軌I。安裝時后部軸承架先固定，直線導軌I與電機定子軸線及直線導軌II的平行度，通過調節(jié)軸承架下端的頂絲實現。直線導軌II上下方向及左右方向調節(jié)方法相同。
[0020]進一步的，所述的伺服刀架在對活塞加工時水平及小角度(<30°)安裝均可。
[0021]本發(fā)明的有益效果如下:
[0022]1.本發(fā)明采用主副導軌結構:主導軌(直線導軌I)為方形結構，而且該方形結構長度足夠，這就保證了伺服刀架的結構剛度。為了減輕運動部件的質量，提高伺服刀架的響應速度，該方導軌材料采用鍛鋁材料，質量相比較其他金屬材料小，有利于提高刀架的高頻響特性；為了增加方導軌的耐磨性能與強度，方導軌的表面要進行硬氧處理。在加工方導軌時，要保證方導軌四個面的垂直度。
[0023]副導軌(直線導軌II)采用輕載、低阻尼直線導軌。副導軌安裝在支撐板的下面，與底板調整板連接。L形支撐板起輔助支撐作用。
[0024]2.主導軌采用滾動摩擦:主導軌四周通過軸承和方導軌線接觸，這與臺灣數控車床的伺服刀架結構不同。臺灣數控外圓車床的伺服刀架主導軌四個面，通過4個可調滑動摩擦墊塊與導軌面接觸，滑動摩擦比滾動摩擦大，所以該伺服刀架比臺灣數控外圓車床的伺服刀架響應速度更快。同時滾動摩擦相比較滑動摩擦產熱更少，這就保證了伺服刀架結構不會因為發(fā)熱嚴重而導致加工精度不高。
[0025]3.板簧預緊消除間隙:主導軌(直線導軌I)底面和右側面的軸承直接固定在前箱體上，左側和上側的軸承采用板簧壓緊。板簧的預緊力可以自動消除裝配間隙及長期使用后產生的磨損間隙。
[0026]4.帶有萬向調節(jié)功能的軸承架:為了便于調整主導軌與副導軌的平行度，將底面和右側面前部的軸承設計成為可調結構。兩個可調軸承架底面與箱體安裝面留有I毫米調整間隙。安裝時后部軸承架先固定，調節(jié)前部帶有萬向調節(jié)功能的軸承架，可保證主導軌與副導軌的平行度要求，從而提高了伺服刀架的安裝精度。
[0027]5.該伺服刀架結構在機床上為水平及小角度安裝方式:這樣安裝方式可克服刀架移動部件重力分力的影響，使刀架進出位移工作狀態(tài)受力情況相同，有利于保證被加工輪廓形狀精度。
【附圖說明】
[0028]圖1為高頻響伺服刀架結構圖；
[0029]圖2為伺服刀架前視圖的局部剖視圖；
[0030]圖3為伺服刀架副導軌正視圖的剖視圖；
[0031]圖4為副導軌結構圖。
[0032]圖中:1、上蓋，2、軸承，3、軸承架，4、上板簧調節(jié)塊，5、板簧，6、前蓋，7、皮罩，8、皮罩壓緊快，9、刀盒，10、前箱體，11、方導軌，12、軸承架，13、軸承架調節(jié)塊，14、前支撐架調整塊，15、前支撐架，16、防撞塊，17、底板，18、底板調整板，19、L形支撐板，20、后支撐板調整塊，21、后蓋，22、后支撐架，23、直線電機定子，24直線電機動子，25、中間連接機構，26、左板簧調節(jié)塊，27、下前軸承架，28、下后軸承架，29、光柵尺讀數頭，30、光柵尺固定架，31、直線導軌，32、光柵尺鋼尺，33、軸承架。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明:
[0034]圖1-4所示，一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架結構，該發(fā)明主要有33部分組成，它包括:上蓋I，軸承2，板簧軸承架3，上板簧調節(jié)塊4，板簧5，前蓋6，皮罩7，皮罩壓緊塊8，刀盒9，前箱體10，方導軌11，軸承架12，軸承架調節(jié)塊13，前支撐架調整塊14，前支撐架15，防撞塊16，底板17，調整板18，L形支撐板19，后支撐板調整塊20，后蓋21，后支撐架22，直線電機的定子23，直線電機的動子24，中間連接機構25，左板簧調節(jié)塊26，下前軸承架27，下后軸承架28，光柵尺讀數頭29，光柵尺固定架30，直線導軌31，光柵尺鋼尺32，軸承架33;具體的結構如下:
[0035]直線電機的定子23兩端通過前支撐架15和后支撐架22軸向固定;所述的前支撐架15上設有防止直線電機的動子與前支撐架相撞的防撞塊16;直線電機的動子24底部設有一個與其相連的L形支撐板19，在L形支撐板19的底部設有一個直線導軌31，所述的直線電機的動子帶動L形支撐板19沿著直線導軌31直線移動，方導軌11的一端通過中間連接機構25與直線電機的動子端部相連，方導軌11的另一端安裝有刀盒9;方導軌11在直線電機的動子的驅動下帶著刀盒水平移動。
[0036]進一步的，方導軌11為一個方形結構，其四個面通過軸承支撐。其中圖2中，方導軌11下面的軸承架33通過螺釘與前箱體下面相連，對應上面的軸承架33采用板簧壓緊方形導軌的對面，壓緊力通過上板簧調節(jié)塊4調節(jié)，完成方形導軌上下方向的定位;方導軌11的右側面通過螺釘與前箱體的右側面相連，對應上面的軸承架采用板簧壓緊方形導軌的對面，壓緊力通過調節(jié)塊26調節(jié)，完成方形導軌左右方向的定位。
[0037]進一步的，還可以是另一種方案，圖2中方導軌11的左側面的軸承固定在箱體上，與之對應的右側面的軸承架采用板簧壓緊。
[0038]上述板簧5的預緊力可以自動消除裝配間隙及長期使用后產生的磨損間隙，設計間隙為3mm。
[0039]進一步的，板簧5的兩端與軸承架3固定連接，所述的板簧5通過調節(jié)塊4調節(jié)其與方導軌11的壓緊力，實現軸承與導軌的壓緊。
[0040]進一步的，伺服刀架還包括上蓋1、前蓋6、后蓋21、前箱體10和底板17，所述的上蓋、前蓋、后蓋、前箱體和底板相連形成一個伺服刀架的密封系統。
[0041]進一步的，底板17主要用于支撐直線電機，在底板上設置底板調整板18，直線導軌31安放在底板調整板上。
[0042]進一步的，伺服刀架的刀盒安裝面上還設有皮罩7，所述的皮罩7通過皮罩壓緊塊8與方導軌前端形成防切削液密封。
[0043]進一步的，在伺服刀架結構上還安裝有光柵尺讀數頭29、光柵尺固定架30和光柵尺鋼尺32，對直線電機的動子24的移動距離進行讀數。
[0044]本發(fā)明采用主副導軌結構:方導軌11為45mmx45mm的方形結構，而且該方形結構長度足夠，這就保證了伺服刀架的結構剛度。為了減輕運動部件的質量，提高伺服刀架的響應速度，該方導軌11材料采用鍛鋁材料，質量相比較其他金屬材料減小；由于滿足高頻率的往復高速運動的需要，方導軌11的表面要進行硬氧處理。在加工方導軌11時，要保證方導軌11四個面的垂直度。副導軌采用輕載、低阻尼直線導軌31;副導軌移動滑塊安裝在L形支撐板19的下面，固定導軌與底板調整板18連接，L形支撐板19與副導軌31組成了直線電機動子24的移動輔助導向系統。
[0045]方導軌11采用滾動支撐進行導向:方導軌11四周通過軸承2定位及導向，軸承2和方導軌11為線接觸，這與臺灣數控車床的伺服刀架采用四個面通過滑動進行導向不同，由于滑動摩擦比滾動摩擦大，所以該伺服刀架比臺灣數控外圓車床的伺服刀架響應速度更快；同時滾動摩擦相比較滑動摩擦產熱更少，這就保證了伺服刀架結構不會因為發(fā)熱嚴重而導致加工精度不高。
[0046]本發(fā)明采用了具有一定萬向功能的可調機構:為了便于調整主導軌與副導軌的平行度，將底面和左側面前部的軸承架設計成為具有一定萬向功能可調結構。兩個可調軸承架底面與箱體安裝面留有I毫米調整間隙，以適應軸承外圓與方形主導軌接觸要求。安裝時后部軸承架先固定，調節(jié)前部帶有萬向調節(jié)功能的軸承架，可保證方導軌與副導軌的平行度要求，從而提高了伺服刀架的安裝精度。
[0047]本發(fā)明采用了圓筒式直線電機:伺服刀架的高頻響主要依靠直線電機的高頻響，根據前面的計算，我們采用圓筒式直線電機，最大加速度43g，實際需要1g;最大驅動力1520N，實際需要868.92N;有效行程27.5mm，實際需要行程1mm;這就很好地滿足了伺服刀架的高頻響特性；同時由于是圓筒式直線電機，直線電機動子24與直線電機定子23之間留有0.5_間隙，降低了裝配時的同軸度要求。
[0048]該伺服刀架結構在機床上為水平及小角度安裝方式:這樣安裝方式可克服刀架移動部件重力分力的影響，使刀架進出位移工作狀態(tài)受力情況相同，有利于保證被加工輪廓形狀精度。
[0049]本發(fā)明的工作過程如下:
[0050]控制系統將控制信號傳遞給直線電機23，直線電機按照輸入的信號驅動動子24做直線運動，同時直線電機的動子帶動L形支撐板19、直線電機與方導軌連接塊以及方導軌11做同步運動，從而使方導軌上的刀架9帶動刀具對活塞的外圓進行加工。
[0051]說明:在本發(fā)明中方導軌11、直線導軌I和主導軌為同一個部件;直線導軌31、直線導軌I1、副導軌為同一個部件。
[0052]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，包括直線電機和直線導軌I，所述的直線電機的定子兩端通過支撐裝置軸向固定;直線電機的動子底部設有與其相連的L形支撐板，在支撐板的底部設有直線導軌II，所述的直線電機的動子在帶動支撐板沿著直線導軌II直線移動;直線導軌I的一端與直線電機的動子端部相連，直線導軌I的另一端安裝有刀盒;直線導軌I在直線電機的動子的驅動下帶著刀盒水平移動。2.如權利要求1所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的直線導軌I為方形結構，其四個面通過軸承支撐;其中直線導軌I的底面的軸承架固定在前箱體上，與底面相對的頂面的的軸承架采用板簧壓緊;直線導軌I的右側面的軸承固定在前箱體上，與右側面相對的左側面的軸承架采用板簧壓緊。3.如權利要求2所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的直線導軌I的左側面的軸承固定在前箱體上，與左側面相對的右側面的軸承采用板簧壓緊。4.如權利要求2所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，位于刀盒安裝側的軸承架的安裝面與前箱體面留有調整間隙，而軸承架底面上設有2個頂端為120°錐形角的光孔，來自前箱體下端的頂絲頂入錐形孔中，形成具有一定萬向功能的頂緊結構，通過軸承架將軸承壓向直線導軌I。5.如權利要求2所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的前箱體與上蓋、前蓋、后蓋和底板相連形成伺服刀架的密封腔。6.如權利要求5所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的底板主要用于支撐直線電機，在底板上設置底板調整板，所述的直線導軌II設置在底板調整板上。調整板用于調整主導軌左右方向的平行度。7.如權利要求2所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的板簧的兩端與軸承架固定連接，所述的板簧通過調節(jié)塊調節(jié)其與直線導軌I的距離，進而實現軸承壓緊。8.如權利要求1所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的支撐裝置包括前支撐架和后支撐架，所述的前支撐架上設有防止直線電機的動子與前支撐架相撞的防撞塊。9.如權利要求1所述的新型活塞異形外圓高頻響伺服刀架，其特征在于，所述的直線導軌I材料采用鍛鋁材料，其表面要進行硬氧處理。
【文檔編號】B23B21/00GK106077720SQ201610523981
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】翟鵬, 秦磊, 王春陽, 龍強, 劉淼, 劉濤, 劉維娟, 于志勇
【申請人】山東大學（威海）, 濱州博海精工機械有限公司