[發(fā)明專利]提高數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法及磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810020974.0
• 申請(qǐng)日: 2008-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN101337330A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興松;曹軍;毛燕;王晨;馬魏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q15/013
• 分類號(hào): B23Q15/013;B23Q17/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種通過(guò)復(fù)合進(jìn)給提高機(jī)床加工精度的方法和模塊化誤差補(bǔ)償裝置，具體的說(shuō)，是涉及一種通過(guò)超磁致伸縮執(zhí)行器產(chǎn)生微位移補(bǔ)償和振動(dòng)切削對(duì)機(jī)床誤差進(jìn)行補(bǔ)償并提高機(jī)床加工精度的方法和裝置。

背景技術(shù)

在精密和超精密加工技術(shù)的研究和發(fā)展過(guò)程中，精密和超精密機(jī)床起著決定性的作用。傳統(tǒng)的超精密機(jī)床的精度主要是靠機(jī)床的基準(zhǔn)元件的精度達(dá)到的，然而，依靠繼續(xù)提高超精密機(jī)床部件的精度來(lái)提高加工精度已十分困難，而且一些加工中產(chǎn)生的誤差很難消除。因此，可以采用微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的精確微小位移，并在加工過(guò)程中對(duì)加工誤差做出相應(yīng)補(bǔ)償。

從機(jī)床加工誤差源的角度考慮，提高精度主要有誤差防止法和誤差(精度)補(bǔ)償法。誤差防止法是試圖通過(guò)機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差補(bǔ)償法是人為地造出一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問(wèn)題的原始誤差。誤差防止法雖能減少原始誤差，但靠提高機(jī)床制作精度來(lái)滿足精度要求有很大的局限性，即使可能，經(jīng)濟(jì)上的代價(jià)往往是很昂貴的。而誤差補(bǔ)償法是一種既有效又經(jīng)濟(jì)(每臺(tái)補(bǔ)償實(shí)施成本僅為機(jī)床價(jià)格的5～10％)的提高機(jī)床精度手段，通過(guò)誤差補(bǔ)償技術(shù)可在精度不很高的機(jī)床上加工出高精度零件。誤差補(bǔ)償技術(shù)不但可用于新造機(jī)床以提高其技術(shù)含量，也適合于已有機(jī)床的改造以避免花巨資購(gòu)買高精度機(jī)床。

機(jī)床加工精度在線檢測(cè)是一門涉及光、電、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，是加工測(cè)量一體化技術(shù)的重要組成部分，是保證工件加工精度的重要環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前急需開發(fā)研究的難題。

目前，納米、埃米級(jí)超精密定位系統(tǒng)的致動(dòng)元件大多使用壓電陶瓷材料，其輸出功率低，且必須采取有效措施防止沖擊力和高驅(qū)動(dòng)電壓造成的短路等問(wèn)題。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)元件輸出位移是電致伸縮致動(dòng)器的數(shù)十倍，且可低阻抗運(yùn)行。此外，稀土超磁致伸縮材料具有磁致伸縮應(yīng)變大、磁-機(jī)耦合系數(shù)高、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在微位移驅(qū)動(dòng)方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。磁致伸縮材料所固有的磁滯非線性也隨著控制理論的發(fā)展不斷得到改善，但它的磁滯依然難以控制，極大的限制了機(jī)床加工精度的提高，所以很難在實(shí)際中應(yīng)用。

而且機(jī)床的刀具在進(jìn)行切屑加工時(shí)，刀具會(huì)因刀具表面與工件表面相互作用而產(chǎn)生摩擦，這種摩擦力的存在，使得刀具在進(jìn)給時(shí)不僅具有直線的位移，而且產(chǎn)生了垂直方向的振動(dòng)，這也使得刀具的進(jìn)給誤差無(wú)法線性化和規(guī)律化，也是精度難以控制和提高的另一個(gè)重要因素。

現(xiàn)也有一種超聲加工技術(shù)(USM，Ultrasonic?Machining)，它是利用超聲振動(dòng)的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中，產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料，以及利用超聲振動(dòng)使工件表面產(chǎn)生物理變化而相互結(jié)合的加工方法。早期的超聲加工主要依靠工具作超聲頻(20000Hz以上)振動(dòng)，使懸浮液中的磨料獲得沖擊能量，從而去除工件材料達(dá)到加工目的，這種超聲波加工技術(shù)不僅成本高，價(jià)格昂貴，而且它的作用機(jī)理也不適于在機(jī)床上使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種同時(shí)施加振動(dòng)信號(hào)的通過(guò)復(fù)合進(jìn)給提高數(shù)控機(jī)床的加工精度的補(bǔ)償方法和磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種提高數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

步驟一、采用雙頻激光干涉儀測(cè)取車床刀具全行程范圍內(nèi)的進(jìn)給誤差；

步驟二、將上述步驟一中的進(jìn)給誤差信號(hào)做平滑、去噪處理，同時(shí)施加一頻率為50～100Hz、振幅為1～3μm的振動(dòng)信號(hào)，并將該振動(dòng)信號(hào)與處理后的進(jìn)給誤差信號(hào)疊加，后輸入數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)；

步驟三、將輸入數(shù)字信號(hào)處理芯片的疊加信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)功率放大后，輸出給磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，由磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完成位移補(bǔ)償和振動(dòng)補(bǔ)償切屑。

還包括：步驟四、在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上設(shè)置位移傳感器，并測(cè)取磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的誤差信號(hào)，經(jīng)平滑、去噪和濾除振動(dòng)信號(hào)后輸入到數(shù)字信號(hào)處理芯片；

步驟五、數(shù)字信號(hào)處理芯片根據(jù)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的誤差信號(hào)對(duì)全行程范圍內(nèi)的進(jìn)給誤差進(jìn)行修正，并將修正后的誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)功率放大后，輸出給磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法，采用施加的一振動(dòng)信號(hào)，并將該振動(dòng)信號(hào)與車床進(jìn)給誤差信號(hào)相疊加后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完成位移補(bǔ)償和振動(dòng)補(bǔ)償切削，在完成位移補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，通過(guò)振動(dòng)補(bǔ)償很好的抑制了刀具在切削時(shí)自身產(chǎn)生的顫振，從而使得位移補(bǔ)償線性化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)；