CN101337280A - 基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，包括一超磁致伸缩致动器驱动机构、位移放大机构以及一执行刀具，超磁致伸缩致动器包括线圈、线圈骨架、超磁致伸缩棒、外壳以及导杆线圈绕制在线圈骨架上，超磁致伸缩棒设置在线圈骨架的中心孔内，导杆的一端与超磁致伸缩棒连接，导杆的另一端与位移放大机构的输入端连接，位移放大机构的输出端连接执行刀具。与现有技术相比，本发明采用超磁致伸缩致动器进行驱动，可以满足高频响的要求，并可以在采用闭环反馈控制，在做高速往复运动的同时，保证了输出位移的精度。考虑到超磁致伸缩棒的输出位移较小，在中间加上了放大机构，保证了输出大位移的要求，完全可以满足实际加工的需要。
Description
技术领域：
本发明专利涉及一种用于车削非圆截面零件的基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，属于车床的一种进给装置。
背景技术：
随着科学技术的迅速发展，高精密加工技术也在持续进步，非圆截面零件车削加工技术的发展也越来越快。相比较圆截面零件，经过特殊设计的非圆截面零件具有承载能力大、使用寿命长、节省原材料、可实现特定运动功能等特点，在宇航、航空、汽车、机床等领域有着越来越广泛的应用。
在非圆截面零件的加工技术中，关键是如何控制刀具与工件之间的相对进给运动关系和相对位移精度。随着精密数控车削技术的发展，自动切削非圆截面零件已成为可能。相比较圆形零件的车削，非圆截面零件车削时必须配置高精度的往复进给装置，车削非圆截面零件的效率和精度直接受往复进给装置的频响、位移精度以及动态刚度等特性的影响。所以要实现非圆截面零件的高效率车削，高频响、大行程往复经给机构是必不可少的。
在非圆截面零件车削加工过程中，进给刀具在进给过程中出现过冲、滞后、振动等都会导致加工误差。
综上所述，在车削过程中，精密微进给装置的运行过程成为关键。这就要求进给装置具有很高的响应速度，并且能够实现微量进给，保证微进给装置的超调量在允许的加工误差范围内。
在加工过程中，微进给装置既要克服车削阻力，又要驱动进给组件克服惯性力、阻尼力、产生足够的加速度，保证精确的位移量。而进给装置的运动质量、阻尼系数、刚度系数以及车削力传递都直接影响进给装置的动态刚度，进给装置运行过程的平稳性能也将直接影响工件的加工精度与表面质量。进给***在切削过程中产生的颤振，将使工件与刀具之间产生附加的相对运动。进给装置的抗振性愈差，则产生的附加相对位移愈大，加工误差愈大，表面质量愈低。
进给装置的运行平稳性直接影响工件的加工误差和表面质量，因此对非圆截面零件车削的进给装置必须将振动控制在允许的范围之内。
零件的性能和寿命直接受机械加工零件的影响，非圆截面零件尤其如此。加工精度，是在生产过程中着重需要解决的问题。
要实现非圆截面零件的精密车削加工，就必须解决以下几个关键技术问题。
1、研制出高频响、大行程微进给装置
在用普通的电机驱动刀具进给的时候，需要用机械或者液压机构将电机的旋转运动转换成刀具的直线运动，但是机械机构运行的时候惯性大，难以在高速下保证精密的进给运动，并且电机与刀具之间的传动误差严重影响了工件的车削精度。
因此，在非圆截面零件的车削加工中，如果没有高频响、高精度、大行程的微进给装置，则无法车削出符合要求的非圆截面零件，尽管超磁致伸缩致动器作为车床的进给补偿机构，已经在实际中应用，但它只是作为进给的误差补偿，输出位移极小，所以不能直接用来切削工件。
2、配备精密数控***
数控技术利用数字化控制***在机床上完成整个零件的加工，可提高复杂零件、小批量零件的自动化生产效率，可使机械制造技术实现高精度、高效率。在非圆截面零件所需要的高精度、高柔性、高效率车削加工中，精密数控技术是不可缺少的，并且数控***的数控精度必须符合零件加工精度的要求。
在非圆截面零件的加工中，现有的技术无法满足要求，尤其是精度方面无法准确保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种响应频率高、位移范围大、控制精度高，适合于车削非圆截面零件的高精密的往复进给装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，包括一超磁致伸缩致动器构成的驱动机构、位移放大机构以及一执行刀具，所述的超磁致伸缩致动器包括线圈、线圈骨架、超磁致伸缩棒、外壳以及导杆，所述的线圈绕制在所述的线圈骨架上，所述的超磁致伸缩棒设置在线圈骨架的中心孔内，所述的导杆的一端与超磁致伸缩棒连接，导杆的另一端与位移放大机构的输入端连接，位移放大机构的输出端连接执行刀具。
所述的位移放大机构包括至少一个摆杆，该摆杆的一端与壳体铰接，摆杆的中部与导杆连接，摆杆的自由端与刀具连接。
在所述的摆杆的中部开设有第一凹槽，在摆杆的自由端设置有第二凹槽，所述的导杆的前端为第一弧形面，所述的刀具与放大机构的连接端为第二弧形面，所述的第一弧形面设置在第一凹槽内，所述的第二弧形面设置在第二凹槽内。
所述的位移放大机构的位移放大倍数为10～100倍。
本发明超磁致伸缩致动器的超磁致伸缩棒采用高性能的稀土-铁超磁致伸缩材料，它除了具有高的磁致伸缩性能外，还具有输出功率大、能量密度高、响应速度快等特点，可以解决高频响和精密控制的要求。放大机构可以将超磁致伸缩棒输出的几丝的位移放大到毫米级，从而使进给装置的输出位移足够大。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明采用超磁致伸缩致动器进行驱动，可以满足高频响的要求，并可以在采用闭环反馈控制，在做高速往复运动的同时，保证了输出位移的精度。考虑到超磁致伸缩棒的输出位移较小，在中间加上了放大机构，保证了输出大位移的要求，完全可以满足实际加工的需要。
2、本发明的位移放大机构采用摆杆，利用杠杆原理，输入端的位置距转轴近，输出端距转轴远，从而将小的位移放大城数倍的大位移，而且摆杆为刚性，在位移放大的同时，没有微变形产生的误差位移，输出位移精度高。
3、在摆杆与导杆和刀具的连接处，均加工有凹槽，从而将导杆和刀具设置在凹槽内，并通过设置在导杆和刀具上的弧形面紧贴凹槽，提高力传递的精度，有效防止了刚性传递时的打滑或者作用不可靠。
附图说明
图1是本发明基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置的结构示意图。
图2本发明磁致伸缩致动器的结构示意图。
图3是本发明放大机构摆杆的结构示意图。
具体实施方式：
一种进给装置，参见图1、2，包括壳体4，在壳体4内设置有一超磁致伸缩致动器1构成的驱动机构、位移放大机构2以及一执行刀具3，超磁致伸缩致动器1包括线圈11、线圈骨架12、超磁致伸缩棒13、外壳14以及导杆15，线圈11绕制在所述的线圈骨架12上，超磁致伸缩棒13套在线圈骨架12的中心孔内，导杆15的一端与超磁致伸缩棒13连接，导杆15的另一端与位移放大机构2连接，位移放大机构2包括至少一个摆杆21，所述的位移放大机构2的位移放大倍数为10～100倍。导杆15与摆杆21的一侧连接，摆杆21的另一侧连接执行刀具3，在壳体4内还设置有复位拉伸弹簧5，弹簧5与刀具连接，在本实施例中位移放大机构2的摆杆21为4个，通过这4个摆杆21，导杆15输出的位移已经由中间放大机构2放大54倍由刀具3输出。
如图3所示，在摆杆21的中部开设有第一凹槽211，在摆杆21的自由端设置有第二凹槽212。如图2所示，导杆15的前端为第一弧形面151，弧形面151也可以是与刀杆15焊接的半圆柱的外圆面，所述的刀具3与放大机构2的连接端为第二弧形面31，弧形面31也可以是与刀具3焊接的半圆柱的外圆面，所述的第一弧形面151设置在第一凹槽211内，所述的第二弧形面31设置在第二凹槽212内，在中间摆杆21的凹槽内设置圆柱22。
本发明的工作过程如下：
首先建立坐标系，将工件的外形轮廓在坐标系上形成以加工曲线，并将该曲线转成电信号，后输出给线圈，线圈通电后产生磁能，致使超磁致伸缩棒伸长产生位移，从而推动导杆运动，再将位移传递到圆柱，同时圆柱推动摆杆，传递到圆柱、摆杆、圆柱、摆杆，最终由刀具输出位移，而此时由导杆输出的位移已经由中间放大机构放大54倍由刀具输出。
Claims (5)
1、一种基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，其特征在于：包括一壳体(4)，在该壳体(4)内设置有超磁致伸缩致动器构成的驱动机构(1)、位移放大机构(2)以及一执行刀具(3)，所述的超磁致伸缩致动器(1)包括线圈(11)、线圈骨架(12)、超磁致伸缩棒(13)、外壳(14)以及导杆(15)，所述的线圈(11)绕制在所述的线圈骨架(12)上，所述的超磁致伸缩棒(13)设置在线圈骨架(12)的中心孔内，所述的导杆(15)的一端与超磁致伸缩棒(13)连接，导杆(15)的另一端与位移放大机构(2)的输入端连接，位移放大机构(2)的输出端连接执行刀具(3)。
2、根据权利要求1所述的基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，其特征在于：所述的位移放大机构(2)包括至少一个摆杆(21)，该摆杆(21)的一端与壳体(4)铰接，摆杆(21)的中部与导杆(15)连接，摆杆(21)的自由端与刀具(3)连接。
3、根据权利要求2所述的基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，其特征在于：在所述的摆杆(21)的中部开设有第一凹槽(211)，在摆杆的自由端设置有第二凹槽(212)，所述的导杆(15)的前端为第一弧形面(151)，所述的刀具(3)与放大机构(2)的连接端为第二弧形面(31)，所述的第一弧形面(151)设置在第一凹槽(211)内，所述的第二弧形面(31)设置在第二凹槽(212)内。
4、根据权利要求2所述的基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，其特征在于：所述的摆杆(21)至少为两个，在两个摆杆(21)的连接处分别设置有凹槽，且在凹槽内设置有圆柱(22)。
5、根据权利要求2所述的基于超磁致伸缩致动器的非圆切削进给装置，其特征在于：所述的位移放大机构(2)的位移放大倍数为10～100倍。
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|---|---|---|---|---|
| CN102310340A (zh) * | 2011-08-25 | 2012-01-11 | 苏州嘉信重型机床有限公司 | 机床中的调速装置 |
| CN104690589A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-10 | 济南大学 | 超磁致伸缩式高速切削落刀装置 |
| CN107292005A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-10-24 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种基于模态解耦技术的轨道交通变流器振动优化方法 |
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2008
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20090107 |