[發明專利]基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置及方法

在審

• 申請號: 201811453645.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109382700A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 王文;王健;盧科青;時光;楊賀;陳占鋒;王瑞金;居冰峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學;浙江大學
• 主分類號: B23Q15/12
• 分類號: B23Q15/12;B23Q17/09
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置，包括刀架固定件、金剛石刀具、刀座、柱形壓電陶瓷促動器、框架和調節螺栓，其特征在于：還包括線圈、壓力傳感器、位移輸出件、傳感器固定件、電容位移傳感器、磁流變彈體安裝件、磁流變彈體和螺釘；所述的框架包括一體成型的框架前梁、框架橫梁、框架后梁和倒圓直梁型柔性鉸鏈；兩根框架橫梁的一端與框架后梁兩端分別連接，兩根框架橫梁的另一端均通過間距設置的兩個倒圓直梁型柔性鉸鏈與框架前梁連接；四個倒圓直梁型柔性鉸鏈陣列排布在框架前梁兩側；所述的倒圓直梁型柔性鉸鏈包括直梁和一體成型且設置在直梁兩端的兩根柔性連接梁；兩根柔性連接梁分別連接框架前梁和對應測的框架橫梁；直梁、框架橫梁和框架前梁與柔性連接梁的連接處倒有圓角；框架后梁、框架前梁、兩根框架橫梁和靠近框架后梁的兩個倒圓直梁型柔性鉸鏈合圍成促動器安放腔；框架后梁開設有中心螺紋孔和對稱位于中心螺紋孔兩側的兩個連接螺紋孔；所述的刀座固定在框架前梁前端，金剛石刀具通過刀架固定件固定在刀座上；所述的框架前梁開設有線圈安放口，線圈通過膠粘固定在線圈安放口中；所述的壓力傳感器固定在框架前梁后端；所述的柱形壓電陶瓷促動器設置在促動器安放腔內，并位于壓力傳感器與框架后梁之間；柱形壓電陶瓷促動器與框架前梁同軸設置；所述的磁流變彈體安裝件開設有磁流變彈體安放槽，且在磁流變彈體安放槽中心處設有一體成型的限位塊；所述的限位塊開設有中心通孔；磁流變彈體安裝件還開設有關于中心通孔對稱的兩個連接通孔；所述的磁流變彈體放置在磁流變彈體安裝件的磁流變彈體安放槽中，并套置在限位塊上；磁流變彈體安裝件的每個連接通孔與框架后梁對應的一個連接螺紋孔通過螺釘連接；調節螺栓穿過磁流變彈體安裝件的中心通孔，并與框架后梁的中心螺紋孔連接；柱形壓電陶瓷促動器兩端分別由壓力傳感器和調節螺栓的尾部限位；傳感器固定件固定在框架橫梁上，電容位移傳感器固定在傳感器固定件上；位移輸出件一端固定在框架前梁上，另一端正對電容位移傳感器的測頭；壓力傳感器、電容位移傳感器和柱形壓電陶瓷促動器的信號輸出端均與控制器連接；線圈的供電源的信號輸入端與控制器連接。

2.根據權利要求1所述的基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置，其特征在于：所述框架的加工過程如下：首先，通過線切割在塊狀不銹鋼上切割出促動器安放腔和四個倒圓直梁型柔性鉸鏈，從而形成框架前梁、框架后梁和兩根框架橫梁；然后，在框架后梁上攻絲形成中心螺紋孔和兩個連接螺紋孔。

3.根據權利要求1或2所述的基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置，其特征在于：所述的柱形壓電陶瓷促動器換成音圈電機。

4.根據權利要求1或2所述基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置的剛度自適應方法，其特征在于：該具體如下：

1)將柱形壓電陶瓷促動器的剛度K_PZT預先存儲到控制器中，通過調節螺栓調節柱形壓電陶瓷促動器的預緊力；

2)柱形壓電陶瓷促動器輸入位移，壓力傳感器測得金剛石刀具在加工過程中受到沿柱形壓電陶瓷促動器軸向的切削力F_y，電容位移傳感器測得金剛石刀具沿柱形壓電陶瓷促動器軸線方向的輸出位移l_mech；控制器讀取F_y、l_mech和柱形壓電陶瓷促動器的輸入位移l_PZT，并通過(1)式和(2)式計算出整個基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置的剛度K_mech以及金剛石刀具沿柱形壓電陶瓷促動器軸向的切削變形誤差Δy；

3)當切削變形誤差Δy超過預設值時，控制器輸出控制信號增大線圈的通電電流大小，增大磁場強度，從而增加磁流變彈體的剛度，整個基于磁流變彈體的剛度自適應快速刀具伺服裝置的剛度變大，直到切削變形誤差Δy等于預設值的95％時，保持線圈的通電電流不變；當切削變形誤差Δy低于預設值的80％時，控制器輸出控制信號減小線圈的通電電流大小，直到切削變形誤差Δy等于預設值的95％時，保持線圈的通電電流不變。