一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置的制造方法
【專利摘要】一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，屬于刀具伺服車削輔助裝置技術領域，包括柔性鉸鏈支架、傳感器測量板、傳感器支架、壓電陶瓷致動器、金剛石刀具、調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座。本實用新型可以實現FTS裝置的金剛石刀具沿Z軸方向進行高頻自動往復運動，能達到0.3mm的行程，主要用于切削自由曲面車削、非回轉對稱面以及微結構功能表面。調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座，可以實現柔性鉸鏈支架的升高與降低，調節范圍從?10mm到10mm之間，調節精度為0.01mm。本實用新型可以放在主軸轉角可控的高精密數控機床進行輔助精密切削，減少了刀具對刀的難度，減少了機床震顫的可能性。
【專利說明】
一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于刀具伺服車削輔助裝置技術領域，特別是涉及到一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置。
【背景技術】
[0002]光學自由曲面是非軸對稱、不規則構造曲面，也就是沒有對稱軸的任意曲面。在機器裝備系統、航空航天以及太空探測等領域應用廣泛。除了其在軍用工業領域的廣泛應用夕卜，在民用方面例如太陽能吸收效率方面，攝像機、照相機的鏡頭尺寸方面都有其獨到的應用。
[0003]目前，由于精密儀器的光學系統發展迅速，所要求的光學系統的尺寸越來越緊湊，在光路設計的時候需要考慮鏡片尺寸的問題。利用自由曲面類元件取代普通光學元件已經是大勢所趨，隨著技術的不斷完善光學自由曲面將會出現在各種精密光學系統中。由于光學自由曲面表面形狀復雜，精度要求很高，現有金剛石車削機床很難滿足其加工要求。進而衍生出對自由曲面，非回轉對稱曲面和微陣列微結構等的研究課題。
[0004]在加工工件表面的微結構方面，現在，已經有很多加工方法可以對自由光學曲面進行加工，包括以下主要加工方法:磨削、研磨與拋光;飛切加工;慢刀伺服車削(Slow toolservo ,STS)；快速刀具伺服加工(Fast Tool Servo，FTS)等。因為FTS輔助切削加工技術具有高帶寬、高分辨率等特點，已經成為精密切削加工的一種主流技術。FTS技術與STS技術相類似，需要將裝置安裝在旋轉主軸轉角可控的高精密數控金剛石車床上實現，FTS裝置與金剛石車床是兩套相互獨立的系統，可以使刀具在沿著Z軸方向上進行高速往復振動切削。其工作頻率高，加工速度快，目前在自由曲面、非回轉對稱面和微陣列微結構功能等方面加工中應用較多。
[0005]FTS技術經過30年的發展，有了一個非常嶄新的面貌，除了科研院所進行科學研究之外，許多國外公司也開發了許多相應的產品，但是現有許多產品的粗調都是通過加裝墊片的形式實現的，加裝墊片的形式和普通車刀安裝對刀時用的方法一樣，這種方法會導致安裝過程中會在產品設計的同時設計許多不同厚度的墊片，而且厚度都要有嚴格的尺寸制造精度。在安裝過程中如果刀具中心距離到主軸回轉中心的距離過大會導致安裝墊片的數量增加，這樣FTS輔助車削裝置在安裝的過程中就會發生震顫等不利于加工的現象產生。所以設計一種可以通過自身結構實現FTS裝置整體升降的功能是勢在必行的。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，用來解決現有技術中FTS技術通過加裝墊片的形式實現粗調，但是在安裝的過程中會發生震顫等不利于加工的現象產生等技術問題。
[0007]—種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:包括柔性鉸鏈支架、傳感器測量板、傳感器支架、壓電陶瓷致動器、金剛石刀具、調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座，所述柔性鉸鏈支架通過四個固定螺栓I與調高裝置移動平臺的上部固定連接，柔性鉸鏈支架上設置柔性鉸鏈機構;所述柔性鉸鏈機構包括兩組對稱的直板型柔性鉸鏈，其中一組包括鉸鏈片I和鉸鏈片Π，另一組包括鉸鏈片m和鉸鏈片IV;所述鉸鏈片1、鉸鏈片π、鉸鏈片m和鉸鏈片IV均為獨立的鉸鏈片;所述傳感器測量板的兩端通過螺釘I固定在柔性鉸鏈支架的上部;所述傳感器支架通過螺釘I與柔性鉸鏈支架的上部固定連接；所述金剛石刀具通過螺釘π與柔性鉸鏈支架的上部固定連接;所述壓電陶瓷致動器通過預緊螺栓預緊安裝在鉸鏈片π和鉸鏈片IV之間的移動平臺上;所述調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座均設置有角度相同的斜面，并且調高裝置移動平臺的斜面和調高裝置固定基座的斜面貼合后，通過螺栓和螺母固定連接;所述調高裝置固定基座上設置有兩個限位螺栓3006，調高裝置固定基座的下部固定安裝有四個倒“T”型的安裝固定塊，調高裝置固定基座通過安裝固定塊與超緊密車床的安裝固定平臺的上部連接。
[0008]所述柔性鉸鏈支架為單自由度柔性鉸鏈支架。
[0009]所述壓電陶瓷疊堆和的預緊螺栓在一條軸線上。
[0010]所述安裝固定塊通過固定螺栓Π與調高裝置固定基座的下部連接。
[0011]通過上述設計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果:
[0012]本實用新型可以實現FTS裝置的金剛石刀具沿Z軸方向進行高頻自動往復運動，能達到0.3_的行程，主要用于切削自由曲面車削、非回轉對稱面以及微結構功能表面。
[0013]本實用新型的調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座，可以實現柔性鉸鏈支架的升高與降低，調節范圍從-1Omm到1mm之間，調節精度為0.01mm。
[0014]本實用新型可以放在主軸轉角可控的高精密數控機床進行輔助精密切削，減少了刀具對刀的難度，減少了機床震顫的可能性。
【附圖說明】
[0015]以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的說明:
[0016]圖1為本實用新型一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置的整體裝配軸測示意圖。
[0017]圖2為本實用新型一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置的整體裝配軸測爆炸示意圖。
[0018]圖3為本實用新型一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置的柔性鉸鏈支架的結構示意圖。
[0019]圖4為本實用新型一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置中調高裝置移動平臺和調高裝置固定基座的軸測爆炸示意圖。
[0020]圖5為本實用新型一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置中直板型柔性鉸鏈正等軸測示意圖。
[0021 ]圖中1001-柔性鉸鏈支架、1002-傳感器測量板、1003-傳感器支架、1004-壓電陶瓷致動器、1005-螺釘1、1006-固定螺栓1、1012-預緊螺栓、1013-鉸鏈片1、1014-鉸鏈片Π、1015-鉸鏈片ΙΠ、1016-鉸鏈片IV、2001-金剛石刀具、2002-螺釘Π、3001_調高裝置移動平臺、3002-調高裝置固定基座、3003-螺栓、3004-螺母、3006-限位螺栓、4001-安裝固定塊、4002-固定螺栓Π。
【具體實施方式】
[0022]如圖所示，一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:包括柔性鉸鏈支架1001、傳感器測量板1002、傳感器支架1003、壓電陶瓷致動器1004、金剛石刀具2001、調高裝置移動平臺3001和調高裝置固定基座3002，所述柔性鉸鏈支架1001通過四個固定螺栓11006與調高裝置移動平臺3001的上部固定連接，柔性鉸鏈支架1001上設置柔性鉸鏈機構;所述柔性鉸鏈機構包括兩組對稱的直板型柔性鉸鏈，其中一組包括鉸鏈片11013和鉸鏈片Π 1014，另一組包括鉸鏈片m 1015和鉸鏈片IV1016；所述鉸鏈片11013、鉸鏈片Π 1014、鉸鏈片m 1015和鉸鏈片IV1016均為獨立的鉸鏈片;所述傳感器測量板1002的兩端通過螺釘11005固定在柔性鉸鏈支架1001的上部;所述傳感器支架1003通過螺釘11005與柔性鉸鏈支架1001的上部固定連接;所述金剛石刀具2001通過螺釘Π 2002與柔性鉸鏈支架1001的上部固定連接;所述壓電陶瓷致動器1004通過預緊螺栓1012預緊安裝在鉸鏈片Π1014和鉸鏈片IV1016之間的移動平臺上;所述調高裝置移動平臺3001和調高裝置固定基座3002均設置有角度相同的斜面，并且調高裝置移動平臺3001的斜面和調高裝置固定基座3002的斜面貼合后，通過螺栓3003和螺母3004固定連接;所述調高裝置固定基座3002上設置有兩個限位螺栓3006，調高裝置固定基座3002的下部固定安裝有四個倒“T”型的安裝固定塊4001，調高裝置固定基座3002通過安裝固定塊4001與超緊密車床的安裝固定平臺的上部連接。
[0023]所述柔性鉸鏈支架1001為單自由度柔性鉸鏈支架。
[0024]所述壓電陶瓷疊堆1004和1012的預緊螺栓在一條軸線上。
[0025]所述安裝固定塊4001通過固定螺栓Π 4002與調高裝置固定基座3002的下部連接。
[0026]本實用新型提出了一種可以調節高度的壓電陶瓷驅動的FTS車削輔助裝置，用于配合帶有主軸轉角可控的精密數控機床進行輔助車削加工自由曲面、非回轉對稱面以及微結構功能表面。
[0027]本實用新型總體分為三大主要構成部分用以功能實現:第一部分為壓電陶瓷驅動的柔性鉸鏈支架1001，負責安裝刀具，安裝傳感器支架1003和傳感器測量板1002，安裝預緊壓電陶瓷制動器1004;第二部分為柔性鉸鏈支架1001的高度調節裝置，包括調高裝置移動平臺3001、調高裝置固定基座3002、M10的長螺栓3003和螺母3004—套以及兩個負責限制位置移動的M6的限位螺栓3006;第三部分就是裝置與所配機床的連接部分，由四個倒” T”型的安裝固定塊4001組成，這四個安裝塊是將裝置與機床連接起來的重要部分。
[0028]實施例:將聚晶金剛石刀具通過螺釘Π 2002固定到柔性鉸鏈支架1001上，把安裝傳感器支架1003和傳感器測量板1002通過三個M3的螺釘11005固定到柔性鉸鏈支架1001上并調整水平和垂直關系，柔性鉸鏈支架1001的核心動力部件壓電陶瓷致動器1004通過一根M6的預緊螺栓1012預緊安裝，緊密的貼合在柔性鉸鏈的移動平臺上；再將柔性鉸鏈支架1001通過四個M6的固定螺栓11006牢固地安裝到調高裝置移動平臺3001上；調高裝置移動平臺3001和調高裝置固定基座3002通過角度相同的斜面進行貼合，然后通過貫穿平臺和基座的MlO長螺栓3003和螺母3004將它們緊固在一起，為了防止限制調高裝置移動平臺3001滑移，安裝在調高裝置固定基座3002上的兩個負責限制位置移動的M6的限位螺栓3006負責頂住調高裝置移動平臺3001，保證安裝固定牢靠;最后調高裝置固定基座3002通過四個M6的固定螺栓Π4002分別與四個倒” T”型的安裝固定塊4001相連，最后通過倒” T”型的安裝固定塊4001安裝在超緊密車床的安裝固定平臺上，做到簡單方便安裝。
[0029]所述單自由度的柔性鉸鏈支架1001是一個結構的對稱的整體機構，由電火花線切割一體加工而成，支架材料選用的是硬鋁合金LY12。柔性鉸鏈機構采用兩組對稱的直板型柔性鉸鏈，每組鉸鏈又包含有兩個鉸鏈片，這兩組鉸鏈是FTS的導向部分，能夠保證金剛石刀具2001安裝位置沿著Z軸進行高頻振動。金剛石刀具2001的振動切削的動力則是來自壓電陶瓷。壓電陶瓷疊堆通過預緊螺栓1012進行預緊，使預緊力達到合適的標準，其中預緊的實現是通過在柔性鉸鏈支架1001的遠刀具端加工一Μ6的螺栓孔，通過Μ6的預緊螺栓1012與螺紋的配合起到單向間隙排除的效果，最后將壓電陶瓷疊堆壓在金剛石刀具2001移動平臺的中心位置。
[0030]所述預緊作用的實現，需要保證壓電陶瓷疊堆和Μ6的預緊螺栓1012在一條軸線上，使預緊力發生在垂直于壓電陶瓷疊堆片的方向上，進而實現對壓電陶瓷致動器1004的預緊。
[0031]所述調高裝置固定基座3002可以用來對整個柔性鉸鏈支架1001進行Y軸方向的升高和降低，可以在-1Omm到1mm之間調節，調節精度為0.01mm，調高裝置移動平臺3001可以在調高裝置固定基座3002上進行滑動進而實現移動平臺的升降。
【主權項】
1.一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:包括柔性鉸鏈支架(1001)、傳感器測量板(1002)、傳感器支架(100)、壓電陶瓷致動器(1004)、金剛石刀具(2001)、調高裝置移動平臺(3001)和調高裝置固定基座(3002)，所述柔性鉸鏈支架(1001)通過四個固定螺栓1(1006)與調高裝置移動平臺(3001)的上部固定連接，柔性鉸鏈支架(1001)上設置柔性鉸鏈機構;所述柔性鉸鏈機構包括兩組對稱的直板型柔性鉸鏈，其中一組包括鉸鏈片I (1013)和鉸鏈片Π (1014)，另一組包括鉸鏈片m( 1015)和鉸鏈片IV(1016);所述鉸鏈片1(1013)、鉸鏈片11(1014)、鉸鏈片111(1015)和鉸鏈片1￥(1016)均為獨立的鉸鏈片；所述傳感器測量板(1002)的兩端通過螺釘I (1005)固定在柔性鉸鏈支架(1001)的上部;所述傳感器支架(I 003)通過螺釘I (1005)與柔性鉸鏈支架(1001)的上部固定連接;所述金剛石刀具(2001)通過螺釘Π (2002)與柔性鉸鏈支架(1001)的上部固定連接;所述壓電陶瓷致動器(1004)通過預緊螺栓(1012)預緊安裝在鉸鏈片Π (1014)和鉸鏈片IV(1016)之間的移動平臺上;所述調高裝置移動平臺(3001)和調高裝置固定基座(3002)均設置有角度相同的斜面，并且調高裝置移動平臺(3001)的斜面和調高裝置固定基座(3002)的斜面貼合后，通過螺栓(3003)和螺母(3004)固定連接;所述調高裝置固定基座(3002)上設置有兩個限位螺栓(3006)，調高裝置固定基座(3002)的下部固定安裝有四個倒“T”型的安裝固定塊(4001)，調高裝置固定基座(3002)通過安裝固定塊(4001)與超緊密車床的安裝固定平臺的上部連接。2.根據權利要求1所述的一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:所述柔性鉸鏈支架(1001)為單自由度柔性鉸鏈支架。3.根據權利要求1所述的一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:所述壓電陶瓷疊堆(1004、1012)的預緊螺栓在一條軸線上。4.根據權利要求1所述的一種高度可調壓電陶瓷驅動的快速刀具伺服車削輔助裝置，其特征是:所述安裝固定塊(4001)通過固定螺栓Π (4002)與調高裝置固定基座(3002)的下部連接。
【文檔編號】B23B25/06GK205519702SQ201620366871
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】任萬飛, 林潔瓊, 盧明明, 谷巖, 馮答, 侯寶鵬, 曹宇
【申請人】長春工業大學