[發(fā)明專利]基于磁流變彈體的剛度自適應(yīng)快速刀具伺服裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811453645.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN109382700A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文;王健;盧科青;時(shí)光;楊賀;陳占鋒;王瑞金;居冰峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué);浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q15/12
• 分類號(hào): B23Q15/12;B23Q17/09
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了基于磁流變彈體的剛度自適應(yīng)快速刀具伺服裝置及方法。現(xiàn)有剛度可調(diào)快速刀具伺服裝置無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)剛度。本發(fā)明包括刀架固定件、金剛石刀具、刀座、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、柱形壓電陶瓷促動(dòng)器、框架、磁流變彈體安裝件、調(diào)節(jié)螺栓、磁流變彈體和螺釘。本發(fā)明通過壓力傳感器和電容位移傳感器測(cè)得快速刀具伺服裝置在加工過程的切削力大小和實(shí)際輸出位移，計(jì)算出切削變形誤差來控制線圈的通電電流大小，進(jìn)而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而控制磁流變彈體的剛度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的剛度自適應(yīng)在線調(diào)節(jié)。本發(fā)明可有效防止刀座在垂直柱形壓電陶瓷促動(dòng)器軸線方向的位移偏差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超精密加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變彈體的剛度自適應(yīng)快速刀具伺服裝置及其剛度自適應(yīng)方法。

背景技術(shù)

近年來隨著光電子學(xué)的發(fā)展，光學(xué)元件在航天、軍事、醫(yī)學(xué)、通訊等一系列科技領(lǐng)域中起到了關(guān)鍵甚至決定性的作用，非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)曲面元件已成為用于光電不可替代的關(guān)鍵零部件。傳統(tǒng)的加工越來越不能滿足加工需求，很多新興的加工方法也存在著很大的局限性，因此，快速刀具伺服(FTS)技術(shù)用于復(fù)雜非對(duì)稱自由曲面零件上的優(yōu)越性越來越明顯。

剛度是衡量裝置在外力作用下抵抗變形能力的大小，剛度包括靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)剛度。非對(duì)稱自由曲面加工中切削深度的變化使得切削力也是不均勻的。切削力由靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力組成，靜態(tài)力只影響工件的大小，而動(dòng)態(tài)力則直接影響工件的形狀。如果快速刀具伺服裝置的剛度很低，切削過程的“誤差復(fù)映”效應(yīng)就非常嚴(yán)重，會(huì)大大降低加工精度，甚至?xí)斐汕邢黝澱瘢绊懙秸麄€(gè)切削過程的穩(wěn)定性。

現(xiàn)有的剛度可調(diào)快速刀具伺服裝置大多是通過壓緊彈簧來實(shí)現(xiàn)剛度手動(dòng)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中受人為因素影響大，并且無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)剛度，無法滿足現(xiàn)代化快速刀具伺服裝置的動(dòng)態(tài)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種基于磁流變彈體的剛度自適應(yīng)快速刀具伺服裝置及其剛度自適應(yīng)方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明基于磁流變彈體的剛度自適應(yīng)快速刀具伺服裝置，包括刀架固定件、金剛石刀具、刀座、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、柱形壓電陶瓷促動(dòng)器、框架、磁流變彈體安裝件、調(diào)節(jié)螺栓、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(shè)置的兩個(gè)倒圓直梁型柔性鉸鏈與框架前梁連接；四個(gè)倒圓直梁型柔性鉸鏈陣列排布在框架前梁兩側(cè)；所述的倒圓直梁型柔性鉸鏈包括直梁和一體成型且設(shè)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(duì)應(yīng)測(cè)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(gè)倒圓直梁型柔性鉸鏈合圍成促動(dòng)器安放腔；框架后梁開設(shè)有中心螺紋孔和對(duì)稱位于中心螺紋孔兩側(cè)的兩個(gè)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(shè)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(dòng)器設(shè)置在促動(dòng)器安放腔內(nèi)，并位于壓力傳感器與框架后梁之間；柱形壓電陶瓷促動(dòng)器與框架前梁同軸設(shè)置；所述的磁流變彈體安裝件開設(shè)有磁流變彈體安放槽，且在磁流變彈體安放槽中心處設(shè)有一體成型的限位塊；所述的限位塊開設(shè)有中心通孔；磁流變彈體安裝件還開設(shè)有關(guān)于中心通孔對(duì)稱的兩個(gè)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(gè)連接通孔與框架后梁對(duì)應(yīng)的一個(gè)連接螺紋孔通過螺釘連接；調(diào)節(jié)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(dòng)器兩端分別由壓力傳感器和調(diào)節(jié)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(duì)電容位移傳感器的測(cè)頭。壓力傳感器、電容位移傳感器和柱形壓電陶瓷促動(dòng)器的信號(hào)輸出端均與控制器連接；線圈的供電源的信號(hào)輸入端與控制器連接。