CN108655435B - 车床微作动平台与车床*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车床微作动平台(100)，包含平台基体(110)与柔性铰链组；所述平台基体(110)包含固定部(1101)与活动部(1102)；活动部(1102)通过一个或多个柔性铰链组，直接或间接连接到固定部(1101)上。本发明还提供了一种包含上述车床微作动平台(100)的车床***。本发明中基体具有较好的力学性能，其在微进给的方向具有一个自由度的柔性，而在其他方向均具有很大的刚度；同时本发明还具有较好的动力学性能，可快速响应控制信号，具有较大的控制带宽。

Description

车床微作动平台与车床***

技术领域

本发明涉及车床配件领域，具体地，涉及一种车床微作动平台与车床***，特别是一种用于车床刀具减振及误差补偿的微作动平台与车床***，尤其是一种车床车削、镗孔加工过程中刀具减振及误差补偿的多功能微进给装置。

背景技术

现代机械制造技术正朝着高效率、高质量、高精度、高集成和高智能方向发展。精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部分和发展方向，并成为提高国际竞争能力的关键技术。金属的车削加工是一种传统的机械零部件加工工艺并广泛地应用于机械制造业。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床，是一种传统的机械零部件加工工艺并广泛地应用于机械制造业。随着我国向制造强国的迈进，提高车床效率、提高车削精度、降低成本是机械制造加工业的必然需求。

车削加工中刀具的振动严重影响了工件的表面质量，特别是在车削薄壁工件时，由于工件自身刚性很差，在装夹与加工过程中极易出现变形，加之刀具选择不当或切削量过大，将引起工件、刀具的剧烈颤振，严重影响了加工质量甚至导致工件报废。机床振动制约了加工效率与加工精度的提高。此外，制约机床精度的各种误差中，热误差以及几何误差占据着绝大部分，这种误差以慢时变为主要特征，针对这种***误差，随着科学技术的不断发展误差补偿技术正逐步发展起来。因此，通过设计一种微作动平台，实现对车床刀具振动有效的抑制，在刀具-工件稳定切削的前提下提高切削量，对加工效率的提高具有重要的经济价值；此外，通过该微作动平台可同时对***的几何误差、热误差进行微进给误差补偿，对车床加工精度的提高也具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种车床微作动平台与车床***。

根据本发明提供的车床微作动平台，包含平台基体与柔性铰链组；

所述平台基体包含固定部与活动部；活动部通过一个或多个柔性铰链组，直接或间接连接到固定部上。

优选地，所述柔性铰链组包含一个或多个柔性铰链；

多个柔性铰链组中包含有依次布置的第一柔性铰链组、第二柔性铰链组以及第三柔性铰链组。

优选地，还包含波纹杠杆臂，固定部与活动部均通过第三柔性铰链组所包含的柔性铰链，连接到波纹杠杆臂上。

优选地，还包含作动器；

所述固定部在长度延伸方向上形成相连的夹持部与弯折延伸部，弯折延伸部上设置有行程调节槽；

作动器沿轴向的两端中，其中一端连接在波纹杠杆臂上，另一端滑动连接在行程调节槽中。

优选地，所述波纹杠杆臂沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度；

波纹杠杆臂上设置的波纹面包含与弯折延伸部相对布置的端面；

所述作动器包含如下任一种或任多种结构：

--压电作动器；

--磁致伸缩作动器；

--电磁作动器；

--液压作动器。

优选地，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组所包含的柔性铰链均成对布置形成一个或多个柔性铰链对；

所述柔性铰链对沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度，在宽度变化处设置有倒圆。

优选地，所述固定部上设置有传感器安装架，传感器安装架上安装有运动传感器；

活动部上设置有测量板，测量板上与运动传感器相对布置的端面形成传感器测量面。

优选地，所述活动部上还设置有车刀安装槽；活动部上设置有多个压紧孔，所述压紧孔与车刀安装槽相互连通；

第一柔性铰链组的法向与第二柔性铰链组的法向均与车刀安装槽的长度延伸方向平行；

第三柔性铰链组的法向与车刀安装槽的长度延伸方向垂直。

优选地，还包含盖板结构，所述盖板结构紧固安装在固定部上；

盖板结构包含第一盖板与第二盖板，第一盖板与第二盖板上均设置有避让孔与直角折弯部。

本发明还提供了一种车床***，包含控制器、车刀件、四方回转刀架以及上述的车床微作动平台；

运动传感器和/或作动器连接到所述控制器，车刀件安装在车刀安装槽中，四方回转刀架紧固安装在固定部上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中基体具有较好的力学性能，其在微进给的方向具有一个自由度的柔性，而在其他方向均具有很大的刚度；

2、本发明具有较好的动力学性能，可快速响应控制信号，具有较大的控制带宽；

3、本发明性能具有可调节性，通过改变作动器在行程调节槽中的位置，改变作动器杠杆放大率，对微作动行程进行调节；

4、本发明除可响应动态控制信号外，对准静态的误差补偿信号，也可做出相应的微进给，以补偿温度变化、工件与刀具变形、刀具磨损等引起的误差。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的车床微作动平台结构示意图；

图2为本发明中车床微作动平台装配组件的***视图；

图3为第一柔性铰链组或第二柔性铰链组的截面剖视图；

图4为本发明提供的车床***在车削端面时的使用示意图；

图5为本发明提供的车床***在车削外圆时的使用示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明提供的车床微作动平台100，包含平台基体110与柔性铰链组，所述平台基体110包含固定部1101与活动部1102，活动部1102通过一个或多个柔性铰链组，直接或间接连接到固定部1101上。所述活动部1102上设置有车刀安装槽118，用于安装车刀件120，车刀件120可以是例如外圆车刀、切断车刀、镗刀等类型的加工刀具。定义车刀件120加工工件300的一端为前端。

所述柔性铰链组包含一个或多个柔性铰链，实施例中，多个柔性铰链组中包含有从前到后依次布置的第一柔性铰链组111、第二柔性铰链组112以及第三柔性铰链组113。另外，还包含波纹杠杆臂114，固定部1101与活动部1102均通过第三柔性铰链组113所包含的柔性铰链，连接到波纹杠杆臂114上。所述第一柔性铰链组111与第二柔性铰链组112所包含的柔性铰链均成对布置形成一个或多个柔性铰链对。如图3所示，所述柔性铰链对沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度，在宽度变化处设置有倒圆以减小应力集中。另外，对应柔性铰链的法向方向的定义也如图3所示，即柔性铰链法向垂直于长度延伸方向。实施例中，第一柔性铰链组111的法向与第二柔性铰链组112的法向均与车刀安装槽118的长度延伸方向平行，第三柔性铰链组113的法向与车刀安装槽118的长度延伸方向垂直。

本发明中还设置有作动器130，所述固定部1101在长度延伸方向上形成相连的夹持部与弯折延伸部，夹持部与弯折延伸部垂直布置，弯折延伸部上设置有行程调节槽115。作动器130沿轴向的两端中，其中一端连接在波纹杠杆臂114上，另一端滑动连接在行程调节槽115中。作动器130的安装螺栓可穿过行程调节槽115并可横向移动，进而改变第三柔性铰链组113的方向，使得对应的柔性铰链能够传递作用于波纹杠杆臂114上的作动力，最终调节本发明整体***的行程以及刚度特性。例如：所述作动器130的另一端横向右移，杠杆放大比例增大，作动行程增大，***刚性降低；横向左移，则作动行程减小，***刚性增加。建议杠杆放大比例设置于1-8倍。波纹杠杆臂114沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度，波纹杠杆臂114上设置的波纹面包含与弯折延伸部相对布置的端面。波纹面的设置，用以调节作动器130行程时，保持作动器130前部球头与波纹杠杆臂114的吻合。优选地，所述作动器130包含如下任一种或任多种结构：压电作动器、磁致伸缩作动器、电磁作动器、液压作动器，当然，作动器130还可以是其他类型的结构，一般可提供几十微米到一毫米的微作动量。

所述固定部1101上设置有传感器安装架116，传感器安装架116上安装有运动传感器140。活动部1102上设置有测量板，测量板上与运动传感器140相对布置的端面形成传感器测量面117。实施例中，传感器测量面117设置于传感器安装架116前方，运动传感器140将以传感器安装架116为基准，测量传感器测量面117的位置与变化。优选地，运动传感器140可为任意的位置传感器，例如电涡流传感器、霍尔传感器、激光位移传感器、超声位移传感器等。

如图2所示，本发明还包含盖板结构150，所述盖板结构150紧固安装在固定部1101上。第一盖板、第二盖板分别通过四个螺栓安装在固定板1101的上、下两侧，并保证盖板结构150不影响活动部1102与车刀件120的微运动。另外，活动部1102上设置有多个压紧孔，所述压紧孔与车刀安装槽118相互连通，通过在压紧孔中拧入压紧螺栓，可将车刀件120紧固在车刀安装槽118中。优选地，所述车刀安装槽118为矩形槽。盖板结构150包含第一盖板与第二盖板，第一盖板与第二盖板上均设置有避让孔151与直角折弯部152，避让孔151用于露出压紧孔，便于压紧螺栓的安装并且不影响活动部1102的微运动；直角折弯部152能够相互配合，在内部形成作动器130的保护腔体。

本发明还提供了一种车床***，如图4、图5所示，包含控制器200、车刀件120、四方回转刀架400以及上述的车床微作动平台100，所述控制器200通过设置的线缆连接到运动传感器140与作动器130上，车刀件120安装在车刀安装槽118中，四方回转刀架400紧固安装在固定部1101上。控制器200通过分析来自运动传感器140的数据，实施控制算法，驱动作动器130进行振动控制与误差补偿。

本发明的使用方法：将所需的车削刀具安装于活动部1102的车刀安装槽118中并紧固，调节作动器130位置，使得作动行程和平台刚性满足要求。将车床微作动平台100压紧固定于车床的四方回转刀架400，固定方式根据加工类型的不同而不同，分别如图4与图5所示。确保运动传感器140与作动器130均通过线缆连接于控制器200上，且控制器200处于开机状态，此时车床微作动平台100处于振动抑制与误差补偿的工作状态。之后便可以开始高效、高精度的车削加工操作。

本发明通过巧妙设置多对平行的柔性铰链，使得在保持运动方向柔性的同时，尽量增大其它运动方面的刚性，保证车床微作动平台100前部在切削载荷作用下满足强度与刚性的要求。并在内部作动器130作用下，通过内部结构传递与放大，驱动安装于微作动平台100前部的车刀件120运动，从而达到对刀具振动的抑制作用，并改变对工件300的切削用量，达到误差补偿的作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种车床微作动平台(100)，其特征在于，包含平台基体(110)与柔性铰链组；

所述平台基体(110)包含固定部(1101)与活动部(1102)；活动部(1102)通过一个或多个柔性铰链组，直接或间接连接到固定部(1101)上；

所述柔性铰链组包含一个或多个柔性铰链；

多个柔性铰链组中包含有依次布置的第一柔性铰链组(111)、第二柔性铰链组(112)以及第三柔性铰链组(113)；

还包含波纹杠杆臂(114)，固定部(1101)与活动部(1102)均通过第三柔性铰链组(113)所包含的柔性铰链，连接到波纹杠杆臂(114)上；

还包含作动器(130)；

所述固定部(1101)在长度延伸方向上形成相连的夹持部与弯折延伸部，弯折延伸部上设置有行程调节槽(115)；

作动器(130)沿轴向的两端中，其中一端连接在波纹杠杆臂(114)上，另一端滑动连接在行程调节槽(115)中。

2.根据权利要求1所述的车床微作动平台(100)，其特征在于，所述波纹杠杆臂(114)沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度；

波纹杠杆臂(114)上设置的波纹面包含与弯折延伸部相对布置的端面；

所述作动器(130)包含如下任一种或任多种结构：

--压电作动器；

--磁致伸缩作动器；

--电磁作动器；

--液压作动器。

3.根据权利要求1所述的车床微作动平台(100)，其特征在于，所述第一柔性铰链组(111)与第二柔性铰链组(112)所包含的柔性铰链均成对布置形成一个或多个柔性铰链对；

所述柔性铰链对沿长度延伸方向的中部的宽度大于两端的宽度，在宽度变化处设置有倒圆。

4.根据权利要求1所述的车床微作动平台(100)，其特征在于，所述固定部(1101)上设置有传感器安装架(116)，传感器安装架(116)上安装有运动传感器(140)；

活动部(1102)上设置有测量板，测量板上与运动传感器(140)相对布置的端面形成传感器测量面(117)。

5.根据权利要求1所述的车床微作动平台(100)，其特征在于，所述活动部(1102)上还设置有车刀安装槽(118)；活动部(1102)上设置有多个压紧孔，所述压紧孔与车刀安装槽(118)相互连通；

第一柔性铰链组(111)的法向与第二柔性铰链组(112)的法向均与车刀安装槽(118)的长度延伸方向平行；

第三柔性铰链组(113)的法向与车刀安装槽(118)的长度延伸方向垂直。

6.根据权利要求1所述的车床微作动平台(100)，其特征在于，还包含盖板结构(150)，所述盖板结构(150)紧固安装在固定部(1101)上；

盖板结构(150)包含第一盖板与第二盖板，第一盖板与第二盖板上均设置有避让孔(151)与直角折弯部(152)。

7.一种车床***，其特征在于，包含控制器(200)、车刀件(120)、四方回转刀架(400)以及权利要求1至6中任一项所述的车床微作动平台(100)；

运动传感器(140)和/或作动器(130)连接到所述控制器(200)，车刀件(120)安装在车刀安装槽(118)中，四方回转刀架(400)紧固安装在固定部(1101)上。

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