CN112388370A - 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置 - Google Patents

一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112388370A
CN112388370A CN202011271772.0A CN202011271772A CN112388370A CN 112388370 A CN112388370 A CN 112388370A CN 202011271772 A CN202011271772 A CN 202011271772A CN 112388370 A CN112388370 A CN 112388370A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible
piezoelectric ceramic
plate spring
knife
servo device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011271772.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张勇
鲁帅帅
闫鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rizhao Institute Of Intelligent Manufacturing Shandong University
Original Assignee
Rizhao Institute Of Intelligent Manufacturing Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rizhao Institute Of Intelligent Manufacturing Shandong University filed Critical Rizhao Institute Of Intelligent Manufacturing Shandong University
Priority to CN202011271772.0A priority Critical patent/CN112388370A/zh
Publication of CN112388370A publication Critical patent/CN112388370A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，主要涉及快刀伺服***领域；包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的顶部设有刀具座，所述刀具座的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构，所述柔性板簧负刚度机构的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构，所述刀具座的底部对称设有次级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构的底部设有初级杠杆放大机构，两个所述初级杠杆放大机构之间设有连接底座，所述连接底座的下侧设有压电陶瓷，柔性刀架上设有与压电陶瓷相适应的压电陶瓷安装孔；本发明实现了快刀伺服装置的恒力输出，同时整体柔性机构采取对称式解耦设计，消除了寄生位移，提高了加工精度。

Description

一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置
技术领域
本发明涉及快刀伺服***领域，具体是一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置。
背景技术
光学自由曲面元件、微结构阵列、非圆截面零件等新型复杂曲面元件在航空航天、光纤通讯、精密仪器、国防工业等领域得到广泛应用。基于此类元件的复杂曲面，传统的加工技术无法满足其高效高精密的加工，而超精密快刀伺服技术由于具有高精度、高频响的特点，成为加工具有复杂曲面零件的关键技术。
快刀伺服技术依靠柔性机构变形来输出刀具的位移，在光学自由曲面元件等复杂元件的高精密加工过程中需要保证恒定的切削力与输出位移，保证了加工零件表面的相对误差与粗糙度。发明人发现，在现有技术中公开了一种恒力快刀伺服设备，该设备采用音圈电机作为驱动机构，能在满足输出端恒力的同时，实现大行程的快刀伺服加工要求。但由于音圈电机存在着质量较大、输出力较小等问题，导致快刀伺服装置不够紧凑，***响应频率较低。
压电陶瓷具有高刚度，小质量，大输出力的特点，采用压电陶瓷作为快刀伺服***的驱动元件可以有效的简化结构，同时提高***的响应频率。然而由于压电陶瓷的输出位移过小，无法满足快刀伺服***的行程要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，本发明以压电陶瓷作为驱动元件，通过二级杠杆放大机构实现压电陶瓷位移的放大，并在杠杆机构的末端串联由正负刚度机构并联的恒力机构，实现了快刀伺服装置的恒力输出，同时整体柔性机构采取对称式解耦设计，消除了寄生位移，提高了加工精度。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的顶部设有刀具座，所述刀具座的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构，所述柔性板簧负刚度机构的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构，所述柔性板簧正刚度机构、柔性板簧负刚度机构远离刀具座的一端均与柔性刀架连接，所述刀具座的底部对称设有次级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构的底部设有初级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构、初级杠杆放大机构均位于柔性刀架的架体的内侧，两个所述初级杠杆放大机构之间设有连接底座，所述连接底座的下侧竖直设有压电陶瓷，所述柔性刀架上设有与压电陶瓷相适应的压电陶瓷安装孔。
优选的，所述固定底座的横截面呈L型，所述柔性刀架通过螺丝安装在固定底座的L型安装位中。
优选的，所述刀具座的上部的外壁上设有与刀具相适应的安装位，所述刀具与刀具座之间通过螺栓连接。
优选的，所述固定底座上设有与压电陶瓷相适应的预紧机构。
优选的，所述预紧机构为预紧螺栓。
优选的，所述柔性板簧正刚度机构、柔性板簧负刚度机构中的柔性铰链均采用直圆铰链。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的驱动元件采用压电陶瓷，具有高刚度、大输出力、小质量的特点，有效的简化了快刀伺服装置的结构，提高了***的固有频率；
2、本发明增加了柔性放大机构，且该机构是由初级杠杆放大机构与次级杠杆放大机构构成的二级杠杆放大机构，大大增加了压电陶瓷的输出位移，提高了其应用范围；
3、本发明的柔性板簧正刚度机构与柔性板簧负刚度机构组成恒力机构，柔性放大机构与恒力机构均是对称式布置，消除了柔性机构的寄生位移，有效的提高了加工精度；
4、本发明设计的恒力机构与柔性放大机构串联可以在实现恒力输出的同时也不影响位移的放大比例，保证了刀具在高速进给的过程中，输出的切削力不变，提高加工精度；
5、本发明的柔性放大机构的柔性铰链的同一性方便了设计与加工。
附图说明
附图1是本发明的立体结构示意图；
附图2是本发明的平面结构示意图；
附图3是本发明的右视图的全剖视图；
附图4是柔性刀架的结构示意图。
附图中标号：
1、刀具；2、刀具座；3、柔性板簧负刚度机构；4、柔性板簧正刚度机构；5、次级杠杆放大机构；6、初级杠杆放大机构；7、固定底座；8、压电陶瓷；9、预紧机构；10、压电陶瓷安装孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例：正如背景技术部分所描述的，快刀伺服技术依靠柔性机构变形来输出刀具的位移，在光学自由曲面元件等复杂元件的高精密加工过程中需要保证恒定的切削力与输出位移，保证了加工零件表面的相对误差与粗糙度。
发明人发现，在现有技术中公开了一种恒力快刀伺服设备，该设备采用音圈电机作为驱动机构，能在满足输出端恒力的同时，实现大行程的快刀伺服加工要求。由于音圈电机的质量较大，输出力较小等特点，快刀伺服装置不够紧凑，***响应频率较低。因此，为了解决上述问题，本发明将压电陶瓷作为驱动器替换了音圈电机，同时在压电陶瓷的末端连接一双级杠杆放大机构增大输出位移，通过串联恒力机构使得该快刀伺服机构既能满足大行程恒力要求，同能又能提高装置的固有频率，使结构更加紧凑。
具体的，如附图1-4所示，本发明所述是一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，包括固定底座7、刀具1、柔性刀架，所述柔性刀架的顶部设有刀具座2，所述刀具座2的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构3，所述柔性板簧负刚度机构3的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构4，所述柔性板簧正刚度机构4、柔性板簧负刚度机构3远离刀具座2的一端均与柔性刀架的架体连接，所述刀具座2的底部对称设有次级杠杆放大机构5，所述次级杠杆放大机构5的底部设有初级杠杆放大机构6，所述次级杠杆放大机构5、初级杠杆放大机构6均位于柔性刀架的架体的内侧，两个所述初级杠杆放大机构6之间设有连接底座，所述柔性刀架包括顶部开口的架体、由初级杠杆放大机构6与初级杠杆放大机构5组成的柔性放大机构，以及由柔性板簧负刚度机构3与柔性板簧正刚度机构4并联而成的恒力机构；
所述恒力机构采用正负刚度机构并联抵消刚度的零刚度机构，实现了快刀伺服装置的恒力输出，所述的柔性板簧负刚度机构3与柔性刀架两侧沿轴向呈一定角度，具体角度大小与柔性板簧参数有关，该角度使机构呈现出负刚度特性，恒力机构通过正负刚度机构并联，通过正负刚度在一定范围内的等大反向，能够实现零刚度，同时正负刚度梁对称式的布置也有效的消除了输出端的寄生位移。
柔性放大机构采用杠杆放大原理，具体结构为二级杠杆放大机构，能够有效放大压电陶瓷的输出位移，实现***的大行程能力，且所述二级杠杆放大机构与恒力机构呈轴对称布置，即两组杠杆放大机构与正负刚度板簧机构沿机构中心轴镜像对称，对称布置能有效消除机构输入端的寄生位移，提高***精度。
所述的二级杠杆放大机构输出末端与恒力机构的输入端串联，保证机构在工作范围内刚度始终为零。
所述连接底座的下侧竖直设有压电陶瓷8，所述柔性刀架上设有与压电陶瓷8相适应的压电陶瓷安装孔10，压电陶瓷8的输出端与柔性放大机构的输入端相连，压电陶瓷驱动器具有大出力、高刚度、高固有频率特点，能够实现***的高频率响应，同时使快刀伺服装置整体更加紧凑。
所述初级杠杆放大机构5通过连接底座与压电陶瓷8相连，压电陶瓷8安装在柔性刀架上；所述次级杠杆放大机构6的一端与刀具座2相连，刀具座2的末端安装有刀具1；
所述压电陶瓷8输出的位移通过二级杠杆放大结构逐级放大，并在恒力机构的作用下，输出轴向位移带刀具座2做恒力往复直线运动，进行工件的加工。
具体的，所述固定底座7上设有与压电陶瓷8相适应的预紧机构9，压电陶瓷8通过预紧机构9固定在压电陶瓷安装孔10内，能够提高快刀伺服装置的工作稳定性。
进一步的，所述预紧机构9为预紧螺栓，通过旋紧预紧螺栓顶住压电陶瓷8的端部，实现对压电陶瓷8的预紧。
优选的，所述固定底座7的横截面呈L型，所述柔性刀架通过螺丝安装在固定底座7的L型安装位中，所述柔性刀架与固定底座7上有6个沉头孔，通过6个螺栓将柔性刀架与固定底座7固定，并可以安装在机床上，固定底座7与柔性刀架为分体式结构，方便快刀伺服器的拆卸与安装。
优选的，所述刀具座2的上部的外壁上设有与刀具1相适应的安装位，所述刀具1与刀具座2之间通过螺栓连接，刀具1安装于刀具座2的末端，随着柔性刀架的移动而往复运动，同时方便了刀具的更换与维修。
优选的，所述柔性板簧正刚度机构4、柔性板簧负刚度机构3中的柔性铰链均采用直圆铰链，旋转精度高，柔性铰链的同一性也方便了设计与加工。
压电陶瓷驱动的恒力大行程快刀伺服器的工作方法，包括：
通过预紧螺栓预紧的压电陶瓷8输出位移传递至二级杠杆机构，依次经过初级杠杆放大机构6与次级杠杆放大机构5对输出位移进行逐级放大；
通过放大机构放大后的位移传送至柔性刀架输出轴，在恒力机构的作用下，刀具实现了大行程恒力往复运动。

Claims (6)

1.一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，包括固定底座(7)、刀具(1)、柔性刀架，其特征在于：所述柔性刀架的顶部设有刀具座(2)，所述刀具座(2)的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构(3)，所述柔性板簧负刚度机构(3)的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构(4)，所述柔性板簧正刚度机构(4)、柔性板簧负刚度机构(3)远离刀具座(2)的一端均与柔性刀架的架体连接，所述刀具座(2)的底部对称设有次级杠杆放大机构(5)，所述次级杠杆放大机构(5)的底部设有初级杠杆放大机构(6)，所述次级杠杆放大机构(5)、初级杠杆放大机构(6)均位于柔性刀架的架体的内侧，两个所述初级杠杆放大机构(6)之间设有连接底座，所述连接底座的下侧竖直设有压电陶瓷(8)，所述柔性刀架上设有与压电陶瓷(8)相适应的压电陶瓷安装孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，其特征在于：所述固定底座(7)的横截面呈L型，所述柔性刀架通过螺丝安装在固定底座(7)的L型安装位中。
3.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，其特征在于：所述刀具座(2)的上部的外壁上设有与刀具(1)相适应的安装位，所述刀具(1)与刀具座(2)之间通过螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，其特征在于：所述固定底座(7)上设有与压电陶瓷(8)相适应的预紧机构(9)。
5.根据权利要求4所述的一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，其特征在于：所述预紧机构(9)为预紧螺栓。
6.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，其特征在于：所述柔性板簧正刚度机构(4)、柔性板簧负刚度机构(3)中的柔性铰链均采用直圆铰链。
CN202011271772.0A 2020-11-13 2020-11-13 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置 Pending CN112388370A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011271772.0A CN112388370A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011271772.0A CN112388370A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112388370A true CN112388370A (zh) 2021-02-23

Family

ID=74600875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011271772.0A Pending CN112388370A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112388370A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113059464A (zh) * 2021-04-02 2021-07-02 澳门大学 一种恒力抛光机构及抛光设备
CN113101987A (zh) * 2021-03-22 2021-07-13 大连理工大学 一种用于微流体贮供装置的柔顺机构
CN113941899A (zh) * 2021-05-18 2022-01-18 齐鲁工业大学 一种快刀伺服装置及其在高速高精度曲面加工中的应用
CN114296323A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种长行程准零刚度柔性导向机构
CN114296322A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构
CN115614616A (zh) * 2022-10-17 2023-01-17 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种单驱双极位移放大器及用于光轴调整的位移放大装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120069203A (ko) * 2010-12-20 2012-06-28 숭실대학교산학협력단 절삭력 측정이 가능한 밀링머신
CN102794664A (zh) * 2012-07-17 2012-11-28 广东工业大学 基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台
CN106881618A (zh) * 2017-04-05 2017-06-23 广州铁路职业技术学院 一种两轴联动的快刀伺服装置
CN106975961A (zh) * 2017-05-19 2017-07-25 广东工业大学 一种长行程快速刀具伺服装置
CN207522082U (zh) * 2017-12-07 2018-06-22 上海铼钠克数控科技股份有限公司 三轴机床
CN109333133A (zh) * 2018-11-19 2019-02-15 山东大学 一种可拆卸柔性板簧的超长行程快刀伺服器及机床
CN110064956A (zh) * 2019-06-10 2019-07-30 广东工业大学 一种微位移驱动机构
CN110142637A (zh) * 2019-05-30 2019-08-20 山东大学日照智能制造研究院 一种输出恒力的快刀伺服***
CN110153768A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 山东大学 一种在远刀端调节刚度的快刀结构
CN110370060A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 山东大学 一种压电陶瓷驱动的快刀伺服器、零件加工***及方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120069203A (ko) * 2010-12-20 2012-06-28 숭실대학교산학협력단 절삭력 측정이 가능한 밀링머신
CN102794664A (zh) * 2012-07-17 2012-11-28 广东工业大学 基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台
CN106881618A (zh) * 2017-04-05 2017-06-23 广州铁路职业技术学院 一种两轴联动的快刀伺服装置
CN106975961A (zh) * 2017-05-19 2017-07-25 广东工业大学 一种长行程快速刀具伺服装置
CN207522082U (zh) * 2017-12-07 2018-06-22 上海铼钠克数控科技股份有限公司 三轴机床
CN109333133A (zh) * 2018-11-19 2019-02-15 山东大学 一种可拆卸柔性板簧的超长行程快刀伺服器及机床
CN110153768A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 山东大学 一种在远刀端调节刚度的快刀结构
CN110142637A (zh) * 2019-05-30 2019-08-20 山东大学日照智能制造研究院 一种输出恒力的快刀伺服***
CN110064956A (zh) * 2019-06-10 2019-07-30 广东工业大学 一种微位移驱动机构
CN110370060A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 山东大学 一种压电陶瓷驱动的快刀伺服器、零件加工***及方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113101987A (zh) * 2021-03-22 2021-07-13 大连理工大学 一种用于微流体贮供装置的柔顺机构
CN113059464A (zh) * 2021-04-02 2021-07-02 澳门大学 一种恒力抛光机构及抛光设备
CN113941899A (zh) * 2021-05-18 2022-01-18 齐鲁工业大学 一种快刀伺服装置及其在高速高精度曲面加工中的应用
CN114296323A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种长行程准零刚度柔性导向机构
CN114296322A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构
CN114296322B (zh) * 2021-12-30 2022-10-04 哈尔滨工业大学 一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构
CN115614616A (zh) * 2022-10-17 2023-01-17 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种单驱双极位移放大器及用于光轴调整的位移放大装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112388370A (zh) 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置
CN110370060B (zh) 一种压电陶瓷驱动的快刀伺服器、零件加工***及方法
CN111546087B (zh) 一种压电陶瓷驱动微进给刀架
CN103963033B (zh) 基于应力刚化原理的刚度频率可调一维微动平台
CN100566898C (zh) 浮动式椭圆超声振动微雕刻装置
CN102248427B (zh) 用于加工微结构表面的快速刀具伺服装置
WO2015176444A1 (zh) 基于应力刚化原理的刚度频率可调二维微动平台
WO2016197553A1 (zh) 动态特性可调微运动平台
CN106881618B (zh) 一种两轴联动的快刀伺服装置
CN109382700B (zh) 基于磁流变弹体的刚度自适应快速刀具伺服装置及方法
CN102371359A (zh) 一种三维椭圆振动切削装置
WO2020103669A1 (zh) 一种可拆卸柔性板簧的超长行程快刀伺服器及机床
CN203610672U (zh) 一种用于精密车床的三维椭圆金刚石振动切削装置
CN108161978B (zh) 一种保持输出力恒定的力控制关节装置
CN109434142A (zh) 一种快速伺服刀架
CN104001943B (zh) 一种三维椭圆振动车削刀架
CN203843811U (zh) 基于应力刚化原理的刚度频率可调一维微动平台
CN209334739U (zh) 空间曲梁的三维椭圆振动切削装置
CN110653845B (zh) 一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器及方法
CN101162876A (zh) 弯纵振动复合柱体直线超声波电机
CN110125711B (zh) 一种用于伺服器的导向装置及超长行程快刀伺服器
CN110153768B (zh) 一种在远刀端调节刚度的快刀结构
CN102806361A (zh) 超声波后置单向振动车削方法
CN115194194A (zh) 一种双驱式双自由度大行程快刀伺服装置
CN108655435B (zh) 车床微作动平台与车床***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210223

RJ01 Rejection of invention patent application after publication