[發明專利]一種剛度自調節快刀伺服裝置

有效

• 申請號: 202011185444.9
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112338623B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉鵬博;周奎勇;李澤英;閆鵬
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 姜鵬

本發明公開了一種剛度自調節快刀伺服裝置，本發明包括整體框架和設置在整體框架內的直線驅動器，刀架安裝部的兩側均連接有磁流變彈性體組件，所述磁流變彈性體組件包括磁流變彈性體和一對彈性梁，兩個彈性梁沿刀架安裝部的進給方向間隔設置，所述磁流變彈性體設置在兩個彈性梁之間，兩組磁流變彈性體組件的外側連接有同一線圈支架，所述線圈支架上纏繞有用于激勵磁流變彈性體的線圈。本發明磁流變彈性體設置在刀架安裝部的兩側，相對于現有技術中磁流變彈性體直接對接在壓電陶瓷的尾部這種串聯的方式，本發明的磁流變彈性體以并聯的方式設置在刀架安裝部上，導致磁流變彈性體的剛度變化對裝置整體的影響更大，可實現更大范圍的剛度調節。

技術領域

本發明涉及精密加工技術領域，具體地說是一種剛度自調節快刀伺服裝置。

背景技術

近年來隨著光電子學的發展，自由曲面光學元件在航天、軍事、醫學、通訊等一系列科技領域中起到了關鍵甚至決定性的作用，已成為用于光電不可替代的關鍵零部件。但由于非回轉對稱曲面的復雜性，傳統的加工工藝無法有效滿足加工需求，很多新興的加工方法也存在著較大的局限性。與其他技術對比，快刀伺服技術加工成本低、效率高、精度高、重復性好等特點，用于復雜非對稱自由曲面零件上的優越性越來越明顯，被認為是最有發展前途的超精密加工技術。。

剛度是衡量裝置在外力作用下抵抗變形能力的大小，剛度包括靜態剛度和動態剛度，非對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。切削力由靜態力和動態力組成，靜態力只影響工件的大小，而動態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，切削過程的誤差復映效應就較為嚴重，會大大降低加工精度，甚至會造成切削顫振，影響到整個切削過程的穩定性。

在現有技術中，申請號為2018114536455的中國專利申請公開了一種基于磁流變體的剛度自適應快速刀具伺服裝置及方法，并具體公開了以下技術內容：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、電容位于傳感器、柱形壓電陶瓷促動器、框架、磁流變彈體安裝件、調節螺栓、磁流變彈體和螺釘。本技術方案通過設置磁流變體在磁場激勵下剛度變化這一特性，通過壓力傳感器和電容位移傳感器測得快速刀具伺服裝置在加工過程的切削力大小和實際輸出位移，計算出切削變形誤差來控制線圈的通電電流大小，進而改變磁場強度，控制磁流變彈體的剛度，實現整個裝置的剛度自適應在線調節。但是該技術方案中，磁流變彈性體設置在壓電陶瓷的尾部，其結構本身對整體結構的剛度影響較小。

發明內容

本發明的目的是針對以上不足，提供一種由音圈電機作為驅動裝置的剛度自調節快刀伺服裝置，該快刀伺服裝置通過磁流變彈性體對裝置整體的剛度變化影響更大。

本發明所采用技術方案是：

一種剛度自調節快刀伺服裝置，包括整體框架和設置在整體框架內的音圈電機，所述整體框架包括刀架安裝部和驅動器安裝部，帶有金剛石刀具的刀架安裝在刀架安裝部上，所述音圈電機固定安裝在驅動器安裝部中，音圈電機的動作元件頂在刀架安裝部上，且音圈電機的動作元件與刀架安裝部之間設置有傳感器安裝部，刀架安裝部的兩側均連接有磁流變彈性體組件，所述磁流變彈性體組件包括磁流變彈性體和一對彈性梁，兩個彈性梁沿刀架安裝部的進給方向間隔設置，所述磁流變彈性體設置在兩個彈性梁之間，兩組磁流變彈性體組件的外側連接有同一線圈支架，且線圈支架為U形，所述線圈支架上纏繞有用于激勵磁流變彈性體的線圈。

作為進一步的優化，本發明所述驅動器安裝部包括驅動器托架和設置在驅動器托架兩側的中間支架，所述驅動器托架為U形，且驅動器托架位于線圈支架的內側，所述中間支架為L形，中間支架的一端連接在驅動器托架的一端，中間支架的另一端連接在彈性梁遠離刀架安裝部的一端，刀架安裝部、兩個彈性梁和中間支架的圍成磁流變彈性體的安裝空間，所述中間支架包括橫桿和縱桿，中間支架的橫桿與彈性梁相間隔設置，中間支架的縱桿與線圈支架之間設有用于線圈纏繞的間隔空間。

作為進一步的優化，本發明所述橫桿的厚度大于縱桿的厚度。