CN101428396B - 一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工领域，特指一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，用于超精密加工中，可提高机床刀具的微量进给的分辨率，实现超精密机床的超薄切削，高精度尺寸加工和在线误差补偿。其特点是在原液压式微量进给装置中增加了一个厚度为h，宽度为B，悬臂长度为k，孔内径为

d的径十字片弹簧。利用十字片弹簧对薄壁圆柱缸体前端的径向支承作用，达到提高液压式微量进给装置的径向刚度目的。这种液压式微量进给装置具有径向刚度高、抗振性好、结构简单，安装方便等优点，能提高了零件精密加工的质量，扩大应用范围。

Description

一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置 

技术领域

本发明属于机械加工领域，特指一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，用于超精密加工机床中，可提高机床刀具的微量进给的分辨率，实现超精密机床的超薄切削、高精度尺寸加工和在线误差补偿。 

背景技术

微量位移驱动器是一种能产生微米、亚微米级运动的装置，它在精密加工、精密测量中得到广泛的应用。微量位移驱动器按其工作原理分类，有静电、电磁、压电、形状记忆合金、热和光驱动、超导驱动等类型。但在现有微量位移驱动器中，有的输出与输入是非线性关系，有的微量位移驱动器刚度较低，抗干扰能力较差，有的不能同时承受拉压载荷。基于上述原因，各国都在致力于开发新型高性能微量位移驱动器。一种以高压油为驱动力，利用缸体在高压油作用下发生的弹性变形来获得微量位移的微量位移驱动器便是其中一种具有发展前途的微量位移驱动器。 

液压式微量进给装置的最基本的特征是采用薄壁圆柱缸体的薄壁受力变形，即当薄壁圆柱缸体中通入高压油，薄壁缸体在高压油作用下发生微量弹性变形，利用此变形量来推动刀具微量进给，实现对零件的精密与超精密加工。液压式微量进给装置具有结构简单、输出与输入保持线性、抗干扰能力强的优点。 

但这种液压式微量进给装置，在实际应用中存在的主要问题是： 

液压式微量进给装置的径向刚度不高。在已开发的微量进给装置中，薄壁圆柱缸体的前端与基座内孔是间隙配合。当固在缸体前端的刀具受到切削力作用时，由于缸体的前端与基座内孔是有间隙的，基座内孔不能够很好地起到径向支承缸体前端作用，因此缸体前端的径向刚度较小，这将直接影响到刀具微量进给的稳定性和可靠性。 

针对这个问题，为了提高微量进给装置的径向刚度，有些微量进给装置采用了柔性铰链作为径向支承来提高装置的径向刚度。柔性铰链具有较高的位移分辨率和较高的导向精度，没有机械摩擦和间隙，不需要润滑等优点。这种方法虽然能提高装置的径向刚度，但是当行程较大时，必须增大铰链的尺寸，使其有更大的悬臂长度，以减小柔性铰链的轴向抗力，这就必然导致柔性铰链的尺寸增大，引起整个装置的尺寸增大。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以十字片弹簧作为径向支承的液压式微量进给装置，解决原装置在使用中受到切削力和外界干扰力作用情况下径向刚度不容易保证的问题，同时又可以使整个装置的尺寸不会增大。 

一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，包括薄壁圆柱缸体、基座，其特征是在薄壁圆柱缸体前端凸台安装了一个十字片弹簧，十字片弹簧与薄壁圆柱缸体前端凸台为过盈配合。这种结构提高了微量进给装置的径向刚度、降低了其制造和装配的难度。 

实现本发明的技术方案为： 

十字片弹簧的内径孔径为 厚度为h，悬臂宽度为B，悬臂长度为k，液压式微量进给装置中的薄壁圆柱缸体前端圆柱体长度为L，外径为 

缸体前端 

圆柱体与片弹簧 

内孔为小过盈量，并保证薄壁圆柱缸体前端法兰与片弹簧的装配间隙Δ。 

本发明相关功能参数可在以下范围内选择： 

十字片弹簧的厚度h＝0.5～1.5mm 

十字片弹簧的内孔直径 

十字片弹簧的悬臂宽度B＝5～15mm 

十字片弹簧的悬臂长度k＝5～15mm 

薄壁圆柱缸体前端凸台(为圆柱体)的长度L＝4～8mm 

薄壁圆柱缸体前端法兰面靠近十字片弹簧(5)内侧、位于薄壁圆柱缸体前端凸台的一侧，与片弹簧的装配间隙Δ＝1～2mm 

实现提高液压式微量进给装置径向刚度的作用过程为： 

当固定在薄壁圆柱缸体前端的刀具受到切削力作用或者外界干扰力作用时，十字片弹簧起到一个径向支承作用，减小了刀具的径向位移，使得整个装置的径向刚度大大地提高。另外，十字片弹簧的悬臂长度较长，轴向抗力很小，安装上十字片弹簧不会影响整个装置的输出与输入关系。 

本发明与普通液压式微量进给装置相比，具有以下优点： 

(1)径向刚度高，抗振性好。由于在液压式微量进给装置的前端设置了径向支承的十字片弹簧，大大地提高了这个系统的径向刚度。理论分析和试验表明， 采用本发明后，微量进给装置的径向刚度与没有径向支承的相比，提高了3倍以上。故本发明能提高系统的抗振性，保证精密加工质量。 

(2)结构简单，安装方便。只是在原来装置的前端增设了一个作为径向支承十字片弹簧，不改变装置中其它零件结构。 

附图说明

图1为本发明的工作原理图 

图2为薄壁圆柱缸体前端凸台的局部放大示意图 

图3为十字片弹簧的结构示意图 

1.刀具 2.薄壁圆柱缸体前端凸台 4.紧固螺钉 5.十字片弹簧 6.薄壁圆柱缸体 7.基座 8.液压油 9.高压管接头 10.薄壁圆柱缸体前端 11.薄壁圆柱缸体前端法兰面 

具体实施方式

具体实施例详细说明如下： 

如图2所示，本实施例的相关功能参数的具体如下： 

十字片弹簧的悬臂宽度B＝8mm 

十字片弹簧的厚度h＝1.5mm 

十字片弹簧的悬臂长度k＝10mm 

十字片弹簧的内孔孔径 

十字片弹簧其余尺寸可根据十字片弹簧以上确定的尺寸和基座尺寸大小来确定。 

薄壁圆柱缸体前端凸台长度L＝4mm 

薄壁圆柱缸体前端凸台的外径 

薄壁圆柱缸体前端法兰面与十字片弹簧间隙Δ＝1.5mm 

其工作过程如图1所示： 

高压油通过高压管接头9输入薄壁圆柱缸体6中，薄壁圆柱缸体6的薄壁在高压油的作用下发生弹性变形，使得薄壁圆柱缸体前端10向前微量移动，推动固在薄壁圆柱缸体前端10上的刀具1实现微量进给，进行对零件的精密与超精密加工。当刀具1受到切削力F_C作用时，由于薄壁圆柱缸体6的悬臂较长，径向变形大，刚度低。在靠近刀具1的地方.即薄壁圆柱缸体前端凸台2上安装了弹性支承-十字片弹簧5后，由于十字片弹簧5的径向支承作用，径向变形大大 减小，显著地提高了整个装置的径向刚度和抗振性，保证了精密加工质量。 

Claims (3)

1.一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，包括薄壁圆柱缸体(6)、基座(7)和十字片弹簧(5)，其特征是：十字片弹簧(5)的悬臂端固定在基座(7)的端面上，所述十字片弹簧(5)中心孔径向支承薄壁圆柱缸体的前端凸台(2)；十字片弹簧(5)与薄壁圆柱缸体前端凸台(2)为过盈配合；薄壁圆柱缸体前端法兰面(11)靠近十字片弹簧(5)内侧、位于薄壁圆柱缸体前端凸台(2)的一侧，薄壁圆柱缸体前端法兰面(11)与十字片弹簧(5)的装配间隙Δ＝1～2mm；所述十字片弹簧(5)的厚度h＝0.5～1.5mm，十字片弹簧(5)的悬臂宽度B＝5～15mm，十字片弹簧(5)的悬臂长度k＝5～15mm。

2.权利要求1所述的一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，其特征是：所述十字片弹簧(5)的内孔直径

3.权利要求1所述的一种具有提高径向刚度能力的液压式微量进给装置，其特征是：薄壁圆柱缸体前端凸台(2)的长度L＝4～8mm。

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