CN105478813A - 一种智能补偿避振车刀及其控制系统 - Google Patents

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    • B23B2250/16—Damping of vibrations

Abstract

本发明公开了一种智能补偿避振车刀，包括相互独立的刀体和刀头，刀体中设置有内腔，刀头的后端水平伸入内腔中，特点是刀头的后端的两侧与内腔的腔壁之间固定设置有至少四组双向柔性铰链，所有的双向柔性铰链沿刀头的轴向中心线对称设置，刀头的后端端面与内腔的腔壁之间设置有呈方阵排列的压电陶瓷驱动器组；优点是可通过监测车削力的变化来控制车刀的刀头在工件的径向进行相应的位置补偿，使车削厚度的变化在稳定车削范围内，避免产生再生型的车削颤振，还可使刀头转动微小的角度，以便进行多方向的位置补偿，满足不同车削场合的需要，且提高了车削精度和产品的表面加工质量，此外，该避振车刀的结构简单，操作方便，且使用灵活多变。

Description

一种智能补偿避振车刀及其控制系统
技术领域
本发明涉及切削加工领域，尤其涉及一种智能补偿避振车刀及其控制系统。
背景技术
在金属切削加工中，车削加工是最常见的加工方法之一。在车削加工中，因主轴转速、切削深度、进给量等参数变化，在切削过程中容易产生颤振现象。而颤振是一种自激振动，其中再生型颤振最为有害，再生型颤振是由加工过程中切削厚度变化效应所产生的动态切削力激起的，颤振现象的发生会降低所加工工件的表面质量，还会导致加工刀具提前报废，同时在加工过程中产生很大的噪声。针对车削加工过程中的颤振现象，许多学者对其进行了研究并提出了一些颤振控制方法，这些控制颤振的方法虽然能够有效地减小或消除颤振，但是控制算法的复杂导致在实际中难以应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种即可用于消除再生型车削颤振，又可实现多方向位置补偿，且结构简单、操作方便的智能补偿避振车刀及其控制系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种智能补偿避振车刀，包括相互独立的刀体和刀头，所述的刀体中设置有内腔，所述的刀头的后端水平伸入所述的内腔中，所述的刀头的后端的两侧与所述的内腔的腔壁之间固定设置有至少四组双向柔性铰链，所有的双向柔性铰链沿所述的刀头的轴向中心线对称设置，所述的刀头的后端端面与所述的内腔的腔壁之间设置有呈方阵排列的压电陶瓷驱动器组。
所述的双向柔性铰链包括使所述的刀头可沿工件的径向微调的第一柔性铰链和使所述的刀头可上下微调的第二柔性铰链，所述的第一柔性铰链与所述的刀头一体连接，所述的第二柔性铰链垂直固定在所述的第一柔性铰链上且与所述的内腔的腔壁固定连接。
所述的压电陶瓷驱动器组包括驱动块，所述的驱动块的前端水平插接有多个呈方阵排列的压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的前端抵在所述的刀头的后端端面上，所述的驱动块的后端抵在所述的内腔的腔壁上。
所述的压电陶瓷驱动器呈2×2、3×3或4×4的阵列排列。
所述的刀头的后端设置有驱动腔，所述的驱动块的前端水平伸入所述的驱动腔中，以避免压电陶瓷驱动器组发生滑动。
所述的刀体上设置有驱动预紧机构。
所述的驱动预紧机构包括预紧螺栓，所述的预紧螺栓水平螺接在所述的刀体中，且所述的预紧螺栓的前端抵在所述的驱动块的后端上。
一种智能补偿避振车刀的控制系统，包括力传感器、电荷放大器、数据采集卡、计算机处理系统和功率放大器，所述的力传感器固定安装在所述的刀头的头部，所述的电荷放大器分别与所述的力传感器、所述的数据采集卡电连接，所述的计算机处理系统分别与所述的数据采集卡、所述的功率放大器电连接，所述的功率放大器与所述的压电陶瓷驱动器电连接。
与现有技术相比，本发明的优点是可通过监测车削力的变化来控制车刀的刀头在工件的径向进行相应的位置补偿，使车削厚度的变化在稳定车削范围内，避免产生再生型的车削颤振，还可使刀头转动微小的角度，以便进行多方向的位置补偿，满足不同车削场合的需要，且提高了车削精度和产品的表面加工质量，此外，该避振车刀的结构简单，操作方便，且使用灵活多变。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体结构示意图；
图2为图一的局部分解示意图；
图3为本发明实施例一的刀头的结构示意图；
图4为本发明实施例一的压电陶瓷驱动器组的分解示意图；
图5为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图所示，一种智能补偿避振车刀，包括相互独立的刀体1和刀头2，刀体1中设置有内腔11，刀头2的后端水平伸入内腔11中，刀头2的后端的两侧与内腔11的腔壁之间固定设置有四组双向柔性铰链3，四组双向柔性铰链3沿刀头2的轴向中心线两两对称设置，双向柔性铰链3包括使刀头2可沿工件的径向微调的第一柔性铰链31和使刀头2可上下微调的第二柔性铰链32，第一柔性铰链31与刀头2一体连接，第二柔性铰链32垂直固定在第一柔性铰链31上且与内腔11的腔壁固定连接，刀头2的后端端面与内腔11的腔壁之间设置有呈方阵排列的压电陶瓷驱动器组4，压电陶瓷驱动器组4包括驱动块41，刀头2的后端设置有驱动腔21，驱动块41的前端水平伸入驱动腔21中，驱动块41的前端水平插接有九个呈3×3阵列排列的压电陶瓷驱动器42，压电陶瓷驱动器42的前端抵在驱动腔21的腔壁上，刀体1中水平螺接有预紧螺栓5，预紧螺栓5的前端抵在驱动块41的后端上。
上述实施例一种，压电陶瓷驱动器42的数量可以为四个且呈2×2阵列排列，也可以为十六个且呈4×4阵列排列，甚至还可以更多。
实施例二：如图所示，一种智能补偿避振车刀的控制系统，包括力传感器6、电荷放大器7、数据采集卡8、计算机处理系统9和功率放大器10，力传感器6固定安装在刀头2的头部，电荷放大器7分别与力传感器6、数据采集卡8电连接，计算机处理系统9分别与数据采集卡8、功率放大器10电连接，功率放大器10与压电陶瓷驱动器42电连接。
上述实施例中，该避振车刀实现位置补偿的工作原理为：车刀进行车削加工时，若力传感器6所测的车削力变大时（即车削厚度变大），通过电荷放大器7将信号放大，并通过数据采集卡8将信号采集输送给计算机处理系统9，计算机处理系统9处理并发出控制信号，通过功率放大器10将控制信号放大并驱动执行构件，即减小施加在压电陶瓷驱动器42上的电压，使得压电陶瓷驱动器42缩短，刀头2沿工件的径向向后移动微小的距离；若力传感器6所测的车削力变小时（即车削厚度变小），则增大施加在压电陶瓷驱动器42上的电压，使得压电陶瓷驱动器42伸长，推动刀头2沿工件的径向向前移动微小的距离（切深的方向），从而保证在车削过程中刀头2的刀尖沿工件径向进行微小的位置补偿，使车削厚度的变化在稳定车削范围内，避免产生再生型车削颤振；而若加工时需要对车刀刀尖的高度进行调整，当车刀的刀尖高度低于工件轴线的高度时，则同时给3×3阵列中位于底部的三个压电陶瓷驱动器42施加电压而其它压电陶瓷驱动器42则不施加电压，以推动刀头2向上转动微小角度让刀尖高度和工件轴线高度相平；当车刀的刀尖高度高于工件轴线的高度，则同时给3×3阵列中位于顶部的三个压电陶瓷驱动器42施加电压而其它压电陶瓷驱动器42则不施加电压，以推动刀头2向下转动微小角度让刀尖高度和工件轴线高度相平；此外，当需要刀头2向左转微小的角度进行位置补偿时，则只需给3×3阵列中位于右边的三个压电陶瓷驱动器42施加电压即可，同理当需要刀头2向右转微小的角度进行位置补偿时，只需给3×3阵列中位于左边的三个压电陶瓷驱动器42同时通电即可，操作很方便，且使用灵活多变。

Claims (8)

1.一种智能补偿避振车刀，包括相互独立的刀体和刀头，所述的刀体中设置有内腔，所述的刀头的后端水平伸入所述的内腔中，其特征在于所述的刀头的后端的两侧与所述的内腔的腔壁之间固定设置有至少四组双向柔性铰链，所有的双向柔性铰链沿所述的刀头的轴向中心线对称设置，所述的刀头的后端端面与所述的内腔的腔壁之间设置有呈方阵排列的压电陶瓷驱动器组。
2.如权利要求1所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的双向柔性铰链包括使所述的刀头可沿工件的径向微调的第一柔性铰链和使所述的刀头可上下微调的第二柔性铰链，所述的第一柔性铰链与所述的刀头一体连接，所述的第二柔性铰链垂直固定在所述的第一柔性铰链上且与所述的内腔的腔壁固定连接。
3.如权利要求1所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的压电陶瓷驱动器组包括驱动块，所述的驱动块的前端水平插接有多个呈方阵排列的压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的前端抵在所述的刀头的后端端面上，所述的驱动块的后端抵在所述的内腔的腔壁上。
4.如权利要求3所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的压电陶瓷驱动器呈2×2、3×3或4×4的阵列排列。
5.如权利要求3所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的刀头的后端设置有驱动腔，所述的驱动块的前端水平伸入所述的驱动腔中。
6.如权利要求3所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的刀体上设置有驱动预紧机构。
7.如权利要求6所述的一种智能补偿避振车刀，其特征在于所述的驱动预紧机构包括预紧螺栓，所述的预紧螺栓水平螺接在所述的刀体中，且所述的预紧螺栓的前端抵在所述的驱动块的后端上。
8.如权利要求3所述的一种智能补偿避振车刀的控制系统，其特征在于包括力传感器、电荷放大器、数据采集卡、计算机处理系统和功率放大器，所述的力传感器固定安装在所述的刀头的头部，所述的电荷放大器分别与所述的力传感器、所述的数据采集卡电连接，所述的计算机处理系统分别与所述的数据采集卡、所述的功率放大器电连接，所述的功率放大器与所述的压电陶瓷驱动器电连接。
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