專利名稱：用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種通過復(fù)合進(jìn)給提高機(jī)床加工精度的模塊化誤差補(bǔ)償裝置，具 體的說，是涉及一種通過超磁致伸縮執(zhí)行器產(chǎn)生微位移補(bǔ)償和振動(dòng)切削對(duì)機(jī)床誤差進(jìn)行補(bǔ) 償并提高機(jī)床加工精度的裝置。
背景技術(shù)：
在精密和超精密加工技術(shù)的研究和發(fā)展過程中，精密和超精密機(jī)床起著決定性的作 用。傳統(tǒng)的超精密機(jī)床的精度主要是靠機(jī)床的基準(zhǔn)元件的精度達(dá)到的，然而，依靠繼續(xù)提 高超精密機(jī)床部件的精度來提高加工精度巳十分困難，而且一些加工中產(chǎn)生的誤差很難消 除。因此，可以采用微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的精確微小位移，并在加工過程中對(duì)加工誤差 做出相應(yīng)補(bǔ)償。
從機(jī)床加工誤差源的角度考慮，提高精度主要有誤差防止法和誤差(精度)補(bǔ)償法。 誤差防止法是試圖通過機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差補(bǔ)償法是人 為地造出一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差。誤差防止法雖能減少原始誤差， 但靠提高機(jī)床制作精度來滿足精度要求有很大的局限性，即使可能，經(jīng)濟(jì)上的代價(jià)往往是 很昂貴的。而誤差補(bǔ)償法是一種既有效又經(jīng)濟(jì)(每臺(tái)補(bǔ)償實(shí)施成本僅為機(jī)床價(jià)格的5 10%) 的提高機(jī)床精度手段，通過誤差補(bǔ)償技術(shù)可在精度不很高的機(jī)床上加工出高精度零件。誤 差補(bǔ)償技術(shù)不但可用于新造機(jī)床以提高其技術(shù)含量，也適合于已有機(jī)床的改造以避免花巨 資購買高精度機(jī)床。
機(jī)床加工精度在線檢測(cè)是一門涉及光、電、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，是加 工測(cè)量一體化技術(shù)的重要組成部分，是保證工件加工精度的重要環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前急需開發(fā) 研究的難題。
目前，納米、埃米級(jí)超精密定位系統(tǒng)的致動(dòng)元件大多使用壓電陶瓷材料，其輸出功率低， 且必須采取有效措施防止沖擊力和高驅(qū)動(dòng)電壓造成的短路等問題。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)元件輸 出位移是電致伸縮致動(dòng)器的數(shù)十倍，且可低阻抗運(yùn)行。此外，稀土超磁致伸縮材料具有磁 致伸縮應(yīng)變大、磁-機(jī)耦合系數(shù)高、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在微位移驅(qū)動(dòng)方面展現(xiàn)出廣 闊的應(yīng)用前景。磁致伸縮材料所固有的磁滯非線性也隨著控制理論的發(fā)展不斷得到改善， 但它的磁滯依然難以控制，極大的限制了機(jī)床加工精度的提高，所以很難在實(shí)際中應(yīng)用。
而且機(jī)床的刀具在進(jìn)行切屑加工時(shí)，刀具會(huì)因刀具表面與工件表面相互作用而產(chǎn)生摩擦，這種摩擦力的存在，使得刀具在進(jìn)給時(shí)不僅具有直線的位移，而且產(chǎn)生了垂直方向的 振動(dòng)，這也使得刀具的進(jìn)給誤差無法線性化和規(guī)律化，也是精度難以控制和提高的另一個(gè) 重要因素。
現(xiàn)也有一種超聲加工技術(shù)("5私Ultrasonic Machining)，它是利用超聲振動(dòng)的工具 在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中，產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕 作用來去除材料，以及利用超聲振動(dòng)使工件表面產(chǎn)生物理變化而相互結(jié)合的加工方法。早 期的超聲加工主要依靠工具作超聲頻(20000Hz以上)振動(dòng)，使懸浮液中的磨料獲得沖擊 能量，從而去除工件材料達(dá)到加工目的，這種超聲波加工技術(shù)不僅成本高，價(jià)格昂貴，而 且它的作用機(jī)理也不適于在機(jī)床上使用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種同時(shí)施加振 動(dòng)信號(hào)的通過復(fù)合進(jìn)給提高數(shù)控機(jī)床的加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
一種用于提高數(shù)控機(jī)床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，包括基座以及設(shè)置在基座上的 超磁致伸縮棒、線圈、輸出頂桿、微位移機(jī)構(gòu)，在微位移機(jī)構(gòu)上設(shè)置有刀架以及刀具，所 述的超磁致伸縮棒設(shè)置在線圈內(nèi)，所述的輸出頂桿的一端與超磁致伸縮棒的一端連接，輸 出頂桿的另一端與微位移機(jī)構(gòu)固定連接用于驅(qū)動(dòng)微位移機(jī)構(gòu)上的刀具，在所述的微位移機(jī) 構(gòu)的末端還設(shè)置有一位移傳感器。
在所述的磁致伸縮棒與輸出頂桿之間還設(shè)置有一用于調(diào)節(jié)磁致伸縮棒預(yù)緊力的碟簧。
所述的位移傳感器為LVDT (線性可變差動(dòng)變壓器型)電感式位移傳感器。 在所述的基座前端還設(shè)置有冷空氣進(jìn)口 ，該冷空氣進(jìn)口正對(duì)線圈內(nèi)。 在所述的微位移機(jī)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有變形槽。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本實(shí)用新型在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上安裝電感式位移傳感器，通過該傳感器將傳感 器檢測(cè)的位移信號(hào)對(duì)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的進(jìn)給誤差信號(hào)進(jìn)行修正，從而提高了微位移進(jìn)給
的補(bǔ)償精度；
2、 本實(shí)用新型磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)在磁致伸縮棒與輸出頂桿之間還設(shè)置有一碟簧，并 通過調(diào)節(jié)預(yù)緊螺釘對(duì)超磁致伸縮棒施加可調(diào)節(jié)大小的預(yù)緊力，防止超磁致伸縮棒在工作中 被拉斷，并可以大幅提高超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的能量轉(zhuǎn)換效率。
3、 本實(shí)用新型在微位移機(jī)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有變形槽，變形槽成為受力時(shí)的變形空間，從而通過受力后的彈性變形實(shí)現(xiàn)微位移，因此僅存在彈性材料內(nèi)部分子之間的內(nèi)摩擦，沒 有間隙，具有很高的位移分辨率，工作穩(wěn)定可靠，精度重復(fù)性好。
4、 利用空氣壓縮機(jī)將冷卻空氣通入線圈腔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)冷卻，以消除或抑制溫度變化 對(duì)GMM熱變形的負(fù)面影響。
5、 本實(shí)用新型的精度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，將DSP芯片嵌入機(jī)構(gòu) 中，可作為機(jī)床的通用精度校準(zhǔn)模塊。


圖1是本實(shí)用新型的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)內(nèi)部俯視圖。
圖2是本實(shí)用新型的氣管接頭、預(yù)緊螺釘連接處局部剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型的碟簧與頂桿的連接示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的彈性微位移機(jī)構(gòu)部件剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)的裝配三維視圖。
圖中
1-氣管接頭，2-連接件，3-M6內(nèi)六角螺釘，4-線圈5-基座，6-磁致伸縮棒，7-碟簧，8-頂桿，9-彈性微位移機(jī)構(gòu)，91-變形槽，10-微動(dòng)刀架，11-M8內(nèi)六角螺釘， 12-車刀，13-氣管(接冷卻空氣)，14-漆包線(接驅(qū)動(dòng)電壓)，15-預(yù)緊螺釘，16-導(dǎo) 磁片，17-通氣孔，18-Zrar型電感式位移傳感器，19-永磁體，20-襯套，21-工件。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明
如圖1和圖2所示，基座5為盒狀，將導(dǎo)磁片16、磁致伸縮棒6置于線圈骨架4內(nèi)， 然后將四對(duì)組合碟簧7嵌套于頂桿8上，頂桿8與線圈骨架4連接后置于基座5盒內(nèi)，通 過基座5與線圈骨架14上的螺紋孔定位裝配，由預(yù)緊螺釘15調(diào)節(jié)磁致伸縮棒6所受的預(yù) 緊力。氣管接頭1通過帶有內(nèi)外螺紋的連接件2與基座5密封連接，工作時(shí)，冷卻空氣由 氣管接頭1處通入經(jīng)通氣孔17進(jìn)入線圈骨架14腔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)冷卻。
如圖3所示，碟簧7是帶有錐面的環(huán)狀預(yù)緊彈簧，具有預(yù)加的壓應(yīng)力應(yīng)與棒軸嚴(yán)格平 行，均衡分布，且占用空間較小等優(yōu)點(diǎn)。碟簧7內(nèi)徑應(yīng)略大于輸出頂桿8的外徑，嵌套于 輸出頂桿8外側(cè)，采用8只碟形彈簧對(duì)合的方式組合成一套預(yù)緊彈簧，以增大預(yù)緊形變量。 在磁致伸縮棒6的另一端采用預(yù)緊螺釘15旋轉(zhuǎn)來施加合適的預(yù)應(yīng)力。永磁體19放置在磁 致伸縮棒6與輸出頂桿8之間，其作用是使磁致伸縮棒6在偏置磁場(chǎng)作用下發(fā)揮更好的性如圖4所示彈性微位移機(jī)構(gòu)9的示意圖，在微位移機(jī)構(gòu)9內(nèi)部加工有變形槽91，頂桿 8在預(yù)緊螺釘15的作用下與彈性微位移機(jī)構(gòu)9無隙接觸，驅(qū)動(dòng)電壓14使磁致伸縮棒6伸 長時(shí)，彈性微位移機(jī)構(gòu)9發(fā)生形變并帶動(dòng)與其以3/ 內(nèi)六角螺釘11連接的微動(dòng)刀架10進(jìn) 行微位移切削，此時(shí)碟簧7被壓縮；驅(qū)動(dòng)電壓14變小時(shí)，碟簧7的彈性力作用下，彈性 微位移機(jī)構(gòu)9恢復(fù)原始形狀，在其末端安裝的LVDT型電感式位移傳感器18將位移變化 量反饋至DSP形成閉環(huán)控制。
如圖5所示，將模塊化補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的基座5外伸部分夾緊于車床切削方向溜板的夾具上， 進(jìn)行車削加工?；?上下蓋由M6內(nèi)六角螺釘3與基座5殼體封裝。
權(quán)利要求1、一種用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，包括基座(5)以及設(shè)置在基座(5)上的超磁致伸縮棒(6)、線圈(4)、輸出頂桿(8)、微位移機(jī)構(gòu)(9)，在微位移機(jī)構(gòu)(9)上設(shè)置有刀架(10)以及刀具(12)，所述的超磁致伸縮棒(6)設(shè)置在線圈(4)內(nèi)，所述的輸出頂桿(8)的一端與超磁致伸縮棒(6)的一端連接，輸出頂桿(8)的另一端與微位移機(jī)構(gòu)(9)固定連接用于驅(qū)動(dòng)微位移機(jī)構(gòu)(9)上的刀具，其特征在于在所述的微位移機(jī)構(gòu)(9)的末端還設(shè)置有一位移傳感器(18)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征 在于在所述的磁致伸縮棒(6)與輸出頂桿(8)之間還設(shè)置有施加預(yù)緊力的碟簧(7)， 磁致伸縮棒(6)另一端安裝有調(diào)節(jié)預(yù)緊力的預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘(15)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征 在于所述的位移傳感器(18)為線性可變差動(dòng)變壓器型電感式位移傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征 在于在所述的基座(5)前端還設(shè)置有冷空氣進(jìn)口 (13)，該冷空氣進(jìn)口 (13)正對(duì)線圈(4)內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征 在于在所述的微位移機(jī)構(gòu)(9)的內(nèi)部設(shè)置有變形槽(91)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于提高數(shù)控車床加工精度的磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，包括基座以及設(shè)置在基座上的超磁致伸縮棒、線圈、輸出頂桿、微位移機(jī)構(gòu)，在微位移機(jī)構(gòu)上設(shè)置有刀架以及刀具，超磁致伸縮棒設(shè)置在線圈內(nèi)，輸出頂桿的一端與超磁致伸縮棒的一端連接，輸出頂桿的另一端與微位移機(jī)構(gòu)連接用于驅(qū)動(dòng)刀具，在微位移機(jī)構(gòu)的末端還設(shè)置有一位移傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上安裝電感式位移傳感器，通過該傳感器將傳感器檢測(cè)的位移信號(hào)對(duì)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的進(jìn)給誤差信號(hào)進(jìn)行修正，提高了微位移進(jìn)給的補(bǔ)償精度；在磁致伸縮棒與輸出頂桿之間還設(shè)置有一碟簧，防止超磁致伸縮棒被拉斷，并大幅提高驅(qū)動(dòng)器的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)B23B25/06GK201239810SQ200820042150
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者軍 曹, 燕 毛, 晨 王, 王興松, 魏 馬 申請(qǐng)人:東南大學(xué)