專利名稱：一種超精密微進(jìn)給刀架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種精密、超精密機(jī)械加工裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用
超磁致伸縮以實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的精密、超精密微進(jìn)給刀架。
背景技術(shù)：
精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展和推廣，提高了整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的加工精度和技術(shù) 水平，并普遍提高了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和競(jìng)爭(zhēng)力。超精密加工已達(dá)到了亞微米級(jí)，甚至 是納米級(jí)。精密制造技術(shù)在超精密零件加工、超精密異形零件加工、超精密光學(xué)零件加工、 微機(jī)電系統(tǒng)器件加工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 超精密位移機(jī)構(gòu)是定位系統(tǒng)進(jìn)給元件，也是對(duì)工藝系統(tǒng)誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)補(bǔ)償 的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。為了獲得高精度的位移分辨率，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)器及其相關(guān)部件均有很高要 求。超精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)一般是利用機(jī)械傳動(dòng)、直線電機(jī)、電磁力和智能材料等實(shí)現(xiàn)超精密進(jìn)給。 目前使用較多的智能材料是壓電陶瓷，由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有體積小、分辨率 高、不發(fā)熱、無(wú)噪聲等特點(diǎn)，是應(yīng)用較廣泛的微位移機(jī)構(gòu)控制器件。其基本原理是利用壓電 陶瓷的逆壓電效應(yīng)，給壓電陶瓷施加相應(yīng)的控制電壓，使壓電陶瓷產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變。 利用壓電陶瓷產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變，可以直接驅(qū)動(dòng)二維柔性鉸鏈微動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微位移， 使后者達(dá)到精確的二維定位目的。但壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在超精密進(jìn)給中的運(yùn)用存在以下問(wèn) 題壓電陶瓷本身固有的非線性、滯后、蠕變等特點(diǎn)，導(dǎo)致壓電陶瓷的非線性效應(yīng)，給壓電陶 瓷的控制帶來(lái)了困難；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器由于采用疊片結(jié)構(gòu)，從而帶來(lái)漂移現(xiàn)象；壓電陶瓷 在高壓下工作下防止漏電的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、控制精確的超精密微進(jìn)給刀架。 為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種超精密微進(jìn)給刀架，通過(guò)連接 板與機(jī)床溜板連接，其不同之處在于它包括有工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器、 彈性刀桿、檢測(cè)裝置；工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器依次做電連接，超磁致微 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器與彈性刀桿連接，在靠近彈性刀桿的機(jī)床上設(shè)置有檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置與工控 機(jī)做電連接；其中超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器包括有殼體、筒形骨架、線圈、超磁致伸縮棒、輸出 軸、壓簧、預(yù)壓螺母，殼體為中空結(jié)構(gòu)，筒形骨架連接在殼體內(nèi)部，超磁致伸縮棒套在筒形骨 架內(nèi)，環(huán)形的線圈纏繞在超磁致伸縮棒外側(cè)的筒形骨架筒體上；輸出軸一端穿入筒形骨架 抵住超磁致伸縮棒，另一端穿出預(yù)壓螺母與彈性刀桿相連，預(yù)壓螺母與殼體聯(lián)接，在輸出軸 與預(yù)壓螺母間配備有壓簧；線圈與所述D/A轉(zhuǎn)換器電連接以接收信號(hào)產(chǎn)生磁場(chǎng)，超磁致伸 縮棒產(chǎn)生軸向應(yīng)變推動(dòng)輸出軸微進(jìn)給輸出。 所述檢測(cè)裝置包括有微位移傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器，微位移傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器電 連接后接入所述工控機(jī)，微位移傳感器測(cè)量彈性刀桿的微位移并傳送給工控機(jī)進(jìn)行反饋控制。 所述超磁致伸縮棒與線圈間設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)由進(jìn)水管、冷卻管、出水管 組成，進(jìn)水管、出水管設(shè)置在所述殼體上，冷卻管包繞在超磁致伸縮棒外側(cè)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果 (1)采用超磁致伸縮材料實(shí)現(xiàn)超精密微位移進(jìn)給，控制方便，能夠?qū)崿F(xiàn)超精密微小 位移進(jìn)給； (2)微位移傳感器測(cè)量微進(jìn)給刀架的微位移進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)刀架的微位移可控； (3)彈性連接刀桿安裝刀具，實(shí)現(xiàn)高精度和高表面質(zhì)量的微細(xì)加工； (4)通過(guò)溜板連接板可方便地與現(xiàn)有精密、超精密、各種加工中心溜板的連接，連 接方便可靠，而且與各種機(jī)床互換性好，簡(jiǎn)單易行。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型圖1的左視圖； 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的剖示圖； 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的彈性刀桿的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的控制系統(tǒng)原理圖。 圖中l(wèi)-過(guò)渡連接板，2-超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器，3-連接螺釘，4-墊圈，5-輸出軸， 6-進(jìn)水管，7-出水管，8-溜板連接板，9-螺釘，10-線圈，ll-超磁致伸縮棒，12-壓簧，13-殼 體，14-預(yù)壓螺母，15-連接螺栓，16-彈性刀桿，17-壓緊螺釘，18-金剛石車刀，19-工控機(jī)， 20-D/A轉(zhuǎn)換器，21-微位移傳感器，22-A/D轉(zhuǎn)換器，131-筒形骨架，501-連接螺孔。
具體實(shí)施方式為了更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做 進(jìn)一步的說(shuō)明，參見圖1至圖5 : 按本實(shí)用新型實(shí)施的超精密微進(jìn)給刀架，主要包括有工控機(jī)19、D/A轉(zhuǎn)換器20、超 磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器2、彈性刀桿16、檢測(cè)裝置，工控機(jī)19、D/A轉(zhuǎn)換器20、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng) 器2依次做電連接，由工控機(jī)19控制超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器2的進(jìn)給動(dòng)作，D/A轉(zhuǎn)換器20起 的作用是將工控機(jī)19的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)為超磁致微進(jìn)給驅(qū) 動(dòng)器2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器2的輸出端連接有彈性刀桿16，金剛石車刀18連 接在彈性刀桿16上。為了保證位移定位精度，還采用閉環(huán)反饋控制方式，即在靠近彈性刀 桿16位置設(shè)置有與工控機(jī)19相連的檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置包括有微位移傳感器21 、與微位移 傳感器21電連接的A/D轉(zhuǎn)換器22，微位移傳感器21采集的位移信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器22轉(zhuǎn)換 成計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后輸入到工控機(jī)19進(jìn)行反饋控制。為了與機(jī)床方便連接，刀架底 部通過(guò)連接螺釘3及墊圈4與過(guò)渡連接板1連接，過(guò)渡連接板1與溜板連接板8連接，通過(guò) 溜板連接板8可方便地與機(jī)床連接。 超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器2包括有殼體13、筒形骨架131、線圈10、超磁致伸縮棒11、 輸出軸5、壓簧12、預(yù)壓螺母14。殼體13為中空結(jié)構(gòu)，筒形骨架131通過(guò)螺釘9連接在殼體 13內(nèi)部，超磁致伸縮棒11套在筒形骨架131內(nèi)，環(huán)形的線圈10纏繞在超磁致伸縮棒11外
4側(cè)的筒形骨架131筒體上，線圈10 —旦通電就會(huì)在超磁致伸縮棒11外形成磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)變 化會(huì)使得超磁致伸縮棒11產(chǎn)生軸向應(yīng)變。輸出軸5 —端穿入筒形骨架131抵住超磁致伸 縮棒11，另一端穿出預(yù)壓螺母14。預(yù)壓螺母14與殼體13螺紋聯(lián)接，在輸出軸5與預(yù)壓螺 母14間配備有壓簧12，通過(guò)預(yù)壓力將輸出軸5壓在超磁致伸縮棒11的一端上，這樣超磁致 伸縮棒11的軸向應(yīng)變就會(huì)帶動(dòng)輸出軸5的軸向應(yīng)變。輸出軸5上設(shè)有連接螺孔501，通過(guò) 連接螺孔501、連接螺栓15的配合與彈性刀桿16相連，金剛石車刀18使用壓緊螺釘17實(shí) 現(xiàn)在彈性刀桿16上的安裝。超磁致伸縮棒11與線圈10間還包繞設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，冷卻系 統(tǒng)由進(jìn)水管6、冷卻管、出水管7組成，進(jìn)水管6、出水管7設(shè)置在殼體13上，冷卻管包繞在 超磁致伸縮棒ll外側(cè)。接通外部循環(huán)水，起冷卻超磁致棒的作用。 超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器2的線圈10與D/A轉(zhuǎn)換器20電連接，由工控機(jī)19控制電磁
線圈10的磁場(chǎng)變化，以控制超磁致伸縮棒11的軸向應(yīng)變，從而控制驅(qū)動(dòng)安裝在輸出軸5上
的彈性刀桿16微進(jìn)給量，輸出軸5的微動(dòng)精度可以達(dá)到亞微米級(jí)甚至納米級(jí)。 以上所揭露的僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本實(shí)用新
型之權(quán)利范圍，因此依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化，仍屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種超精密微進(jìn)給刀架，通過(guò)連接板與機(jī)床溜板連接，其特征在于它包括有工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器、彈性刀桿、檢測(cè)裝置；工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器依次做電連接，超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器與彈性刀桿連接，在靠近彈性刀桿的機(jī)床上設(shè)置有檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置與工控機(jī)做電連接；其中超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器包括有殼體、筒形骨架、線圈、超磁致伸縮棒、輸出軸、壓簧、預(yù)壓螺母，殼體為中空結(jié)構(gòu)，筒形骨架連接在殼體內(nèi)部，超磁致伸縮棒套在筒形骨架內(nèi)，環(huán)形的線圈纏繞在超磁致伸縮棒外側(cè)的筒形骨架筒體上；輸出軸一端穿入筒形骨架抵住超磁致伸縮棒，另一端穿出預(yù)壓螺母與彈性刀桿相連，預(yù)壓螺母與殼體聯(lián)接，在輸出軸與預(yù)壓螺母間配備有壓簧；線圈與所述D/A轉(zhuǎn)換器電連接以接收信號(hào)產(chǎn)生磁場(chǎng)，超磁致伸縮棒產(chǎn)生軸向應(yīng)變推動(dòng)輸出軸微進(jìn)給輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超精密微進(jìn)給刀架，其特征在于所述檢測(cè)裝置包括有 微位移傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器，微位移傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接后接入所述工控機(jī)，微位移 傳感器測(cè)量彈性刀桿的微位移并傳送給工控機(jī)進(jìn)行反饋控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超精密微進(jìn)給刀架，其特征在于所述超磁致伸縮棒與 線圈間設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)由進(jìn)水管、冷卻管、出水管組成，進(jìn)水管、出水管設(shè)置在所 述殼體上，冷卻管包繞在超磁致伸縮棒外側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及超精密加工裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種超精密微進(jìn)給刀架，通過(guò)連接板與機(jī)床溜板連接，它包括有工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器、彈性刀桿、檢測(cè)裝置；工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器依次做電連接，超磁致微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器與彈性刀桿連接，在靠近彈性刀桿設(shè)置的機(jī)床上設(shè)置有檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置與工控機(jī)做電連接。本實(shí)用新型采用超磁致伸縮材料實(shí)現(xiàn)超精密微位移進(jìn)給，控制方便，能夠?qū)崿F(xiàn)超精密微小位移進(jìn)給；采用微位移傳感器測(cè)微位移進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)刀架的微位移可控；通過(guò)溜板連接板可方便地與現(xiàn)有精密、超精密、各種加工中心溜板的連接，連接方便可靠，而且與各種機(jī)床互換性好，簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)G05D3/12GK201455680SQ20092008496
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者余震, 劉哲, 盧全國(guó), 張爭(zhēng)艷, 梅杰, 江曉陽(yáng), 沈琛林, 蔡敢為, 袁莎, 谷曼, 趙亞鵬, 鄭惠, 陳定方 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué);廣西大學(xué)