[實用新型]一種測力型三自由度壓電快刀伺服裝置

有效

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• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN212240282U
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 王耿;毛同宇;王瑩;馬俊金;任磊;胡大勇;張博
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;G01L5/1627
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本實用新型提供了一種測力型三自由度壓電快刀伺服裝置，涉及超精密加工技術領域，其包括刀柄座、X向驅動平臺、Y向驅動平臺和Z向驅動平臺，刀柄座內設置有用于解耦測量刀具車削力的三向測力裝置，X向驅動平臺、Y向驅動平臺和Z向驅動平臺的結構相同且均包括與刀柄座連接的柔性連接頭，柔性連接頭的兩側通過柔性鉸鏈對稱連接有位移放大機構，位移放大機構與壓電驅動器連接，位移放大機構包括通過柔性鉸鏈連接的多級放大機構，柔性連接頭上設置有位移檢測機構。解決了現(xiàn)有技術中的快刀伺服裝置難以同時實現(xiàn)X向、Y向和Z向的大行程同步往復運動以及不具備同時檢測加工過程中的切削力和運動位置導致加工質量不高的問題。

技術領域

本實用新型涉及超精密加工技術領域，特別是涉及一種測力型三自由度壓電快刀伺服裝置。

背景技術

非圓截面零件和非回轉對稱光學元件分別在機械工業(yè)和光電產業(yè)中得到了廣泛應用，其表面輪廓非對稱、形狀復雜、精度要求高，傳統(tǒng)加工方法的加工效率較低，加工精度一致性差，難以滿足需求。非圓數(shù)控車削和非軸對稱車削分別是加工這兩類零件的有效方法，可實現(xiàn)零件的高效率、高精度、柔性化加工，具有顯著的經(jīng)濟效益。這兩種加工方法的一項共同關鍵技術是在車床上安裝具有快速響應能力的快速刀具伺服(Fast Tool Servo,簡稱FTS)裝置。

快速刀具伺服裝置的工作原理是：在車削加工過程中，主軸帶動工件旋轉，刀具在FTS的驅動下，以與主軸轉速相關聯(lián)的頻率沿工件徑向(對于非圓車削)或軸向(對于非軸對稱車削)做往復進給運動，從而加工出工件的非圓截面輪廓或非軸對稱端面。在非圓數(shù)控車削中，F(xiàn)TS的應用實例有加工內燃機活塞輪廓、凸輪軸、凸輪、非圓軸承內輪廓等。在非軸對稱車削中，金剛石作刀具在FTS驅動下車削光學元件的非軸對稱表面，可加工的典型非軸對稱元件包括自由曲面透鏡、微鏡陣列、微溝槽陣列等。

現(xiàn)有技術中的大多數(shù)快刀伺服系統(tǒng)加工自由度比較單一，仍主要以單自由度或兩自由度為主，難以同時實現(xiàn)X向、Y向和Z向的大行程同步往復運動，難以滿足高質量復雜零件的加工需求。現(xiàn)有技術中，能夠實現(xiàn)無耦合的三自由度或多自由度的FTS裝置很少，限制了FTS技術的廣泛應用。并且，現(xiàn)有快刀伺服裝置大多能夠測量刀具末端位移量，不具備同時在線檢測加工過程中的切削力和運動位置等核心信息的功能，難以全面測量刀具加工過程中的車削力，使得其控制部分難以獲取足夠多的即時反饋信息以用于誤差補償，導致整體上加工性能不能得到很好的保證。

實用新型內容

針對現(xiàn)有技術中的上述問題，本實用新型提供了一種測力型三自由度壓電快刀伺服裝置，解決了現(xiàn)有技術中的快刀伺服裝置難以同時實現(xiàn)X向、Y向和Z向的大行程同步往復運動以及不具備同時檢測加工過程中的切削力和運動位置導致加工質量不高的問題。

為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術方案如下：

提供一種測力型三自由度壓電快刀伺服裝置，其包括刀柄座、X向驅動平臺、Y向驅動平臺和Z向驅動平臺，刀柄座內設置有用于解耦測量刀具車削力的三向測力裝置，X向驅動平臺、Y向驅動平臺和Z向驅動平臺的結構相同且均包括與刀柄座連接的柔性連接頭，柔性連接頭的兩側通過柔性鉸鏈對稱連接有位移放大機構，位移放大機構與壓電驅動器連接，位移放大機構包括通過柔性鉸鏈連接的多級放大機構，柔性連接頭上設置有位移檢測機構。

本實用新型的有益效果為：通過設置在刀柄座內的三向測力裝置能夠檢測刀具的切削力，三向測力裝置中在X、Y、Z三個方向上的測力機構采用正交設計，能夠實現(xiàn)三向車削力的解耦測量，測力準確度高，力的測量互不影響，從而降低了控制難度。