CN107470657B - 正多边形车削误差补偿的动力主轴装置与误差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种正多边形车削误差补偿的动力主轴装置与误差补偿方法，正多边形车削误差补偿的动力主轴装置主要包括动力车刀盘、支撑座、微动台、支撑平台、滑动导轨、光栅尺、位移放大铰链、压电陶瓷、复位弹簧；正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的一种误差补偿方法是控制系统根据误差补偿值设置压电陶瓷的驱动电压，压电陶瓷根据驱动电压的高频周期变化产生形变驱动位移放大铰链放大形变，位移放大铰链的形变驱动微动台周期性往复运动，则微动台与动力车刀盘沿水平方向移动预设补偿的位移完成周期性往复的误差补偿动作，则保证车削出正多边形零件的边是直线。
Description
技术领域
本发明涉及正多边形零件车削的精加工装置，尤其涉及正多边形车削误差补偿的动力主轴装置，还涉及误差补偿方法。
背景技术
正多边形零件指横截面是正多边形的零件，正多边形零件车削加工主要是横截面是正方形、正六边形、正八边形等零件的加工，正多边形零件在市场上的用途很广泛。正多边形零件加工的传统方法是用铣床对正多边形零件各个面进行铣削加工，加工每个面需要分次装夹分次加工，这种铣削加工方式效率低，且多个面的分次加工精度不高且精度不同。本人曾申请过型材车削剥皮装置及型材车削剥皮方法的发明专利，专利号：ZL201310065947.6，此发明专利装置能正常运行，此发明专利实质就是车削正多边形的设备及方法，车削正多边形的方法采用行星轮系摆线原理，即刀盘主轴和零件轴线平行安装以一定转速比同时同向旋转形成复合车削运动，则刀尖相对于零件轴线的轨迹为一条周期性重复的近似直线的封闭摆线曲线，曲线轨迹包围的轮廓部分即为近似正多边形，因此，此车削加工正多边形是一种近似加工方法，加工范围越大精度越低。为了提高车削正多边形零件的加工精度和加工范围，本发明通过误差补偿方法把形成正多边形封闭摆线曲线修正为直线。
发明内容
根据所述问题，本发明主要解决现有车削正多边形零件加工精度低和加工范围小的问题。
本发明提供一种正多边形车削误差补偿的动力主轴装置，该装置包括动力车刀盘、支撑座、微动台、支撑平台、滑动导轨、光栅尺、位移放大铰链、压电陶瓷、复位弹簧等；动力车刀盘与支撑座连接，保证动力刀盘和支撑座同步运动；支撑座底部与微动台螺栓连接，保证支撑座与微动台同步运动；微动台底部与滑动导轨滑动配合，微动台的一端设有位移放大铰链，位移放大铰链的另一端设有压电陶瓷，微动台的另一端设有复位弹簧，压电陶瓷随着驱动电压的高频周期性变化产生形变，压电陶瓷的形变驱动位移放大铰链放大形变，位移放大铰链的形变驱动微动台周期性往复运动，复位弹簧在压电陶瓷形变缩小时驱动微动台还原；滑动导轨与支撑平台螺栓连接，滑动导轨表面设有光栅尺，根据光栅尺检测的位移与预设误差补偿的位移比较实时改变压电陶瓷的驱动电压，压电陶瓷随着驱动电压的变化产生形变修正微动台的位移达到预设误差补偿的位移。
动力车刀盘包括刀具、刀盘、法兰、刀盘主轴和电机，刀具安装于刀盘四周，刀盘与法兰螺栓连接，法兰的另一端与刀盘主轴螺栓连接，刀盘主轴的另一端与电机主轴同轴固定连接，电机的安装孔与支撑座的侧面螺栓连接，刀盘主轴与支撑座配合，即电机驱动刀盘主轴在支撑座内转动，刀盘主轴带动刀盘和刀具转动。
刀盘主轴与机床主轴平行安装于数控车床的溜板箱上，则刀盘主轴和零件轴线平行以一定转速比同时旋转可形成复合的正多边形车削运动。
正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的一种误差补偿方法，其特征包括：根据正多边形零件的精度、横截面形状和尺寸由数学模型计算出误差补偿值，误差补偿值可以转化为预设误差补偿的位移，预设误差补偿的位移可以转化为压电陶瓷的形变量，压电陶瓷的形变量可转化为压电陶瓷的驱动电压，正多边形车削误差补偿的动力主轴装置控制系统根据误差补偿值设置压电陶瓷的驱动电压，压电陶瓷根据驱动电压的高频周期变化产生形变，压电陶瓷的形变驱动位移放大铰链放大形变，位移放大铰链的形变驱动微动台周期性往复运动，微动台与动力车刀盘沿水平方向移动预设误差补偿的位移完成周期性往复的误差补偿动作，根据光栅尺检测的位移S1与预设误差补偿的位移S0比较实时改变压电陶瓷的驱动电压，压电陶瓷随着驱动电压的变化产生形变修正微动台的位移达到预设误差补偿的位移，当S1＝S0时，保持压电陶瓷的驱动电压使压电陶瓷形变固定，保持微动台达到预设误差补偿的位移；当S1＞S0时，减小压电陶瓷的驱动电压使压电陶瓷形变减小，缩小微动台的位移达到预设误差补偿的位移；当S1＜S0时，增加压电陶瓷的驱动电压使压电陶瓷形变增大，增大微动台的位移达到预设误差补偿的位移。正多边形车削误差补偿的动力主轴装置加工零件可实时改变动力车刀盘到零件轴线的中心距消除理论误差，保证车削出正多边形零件的边是直线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
目前，正多边形的车削方法是一种采用行星轮系摆线原理的复合车削运动，车削的轮廓为近似正多边形，这种车削加工正多边形方法是一种近似加工方法，只能车削加工小截面、精度低的正多边形零件。正多边形车削误差补偿的动力主轴装置通过误差补偿方法提高加工精度，扩大加工范围。
附图说明
图1是本发明正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明的技术人员在研究车削正多边形的技术过程中，发现现有的车削加工正多边形零件的加工精度低和加工范围小，为了解决这个问题，技术人员采用误差补偿的方法提高加工精度。
结合图1，本发明正多边形车削误差补偿的动力主轴装置包括动力车刀盘1、支撑座2、微动台3、支撑平台4、滑动导轨5、光栅尺6、位移放大铰链7、压电陶瓷8、复位弹簧9；动力车刀盘1与支撑座2连接，保证动力刀盘1和支撑座2同步运动；支撑座2底部与微动台3螺栓连接，保证支撑座2与微动台3同步运动；微动台3底部与滑动导轨5滑动配合，微动台3的一端设有位移放大铰链7，位移放大铰链7的另一端设有压电陶瓷8，微动台3的另一端设有复位弹簧9，压电陶瓷8随着驱动电压的高频周期性变化产生形变，压电陶瓷8的形变驱动位移放大铰链7放大形变，位移放大铰链7的形变驱动微动台3周期性往复运动，复位弹簧9在压电陶瓷8形变缩小时驱动微动台3还原；滑动导轨5与支撑平台4螺栓连接，滑动导轨5表面设有光栅尺6，根据光栅尺6检测的位移与预设误差补偿的位移比较实时改变压电陶瓷的驱动电压，压电陶瓷8随着驱动电压的变化产生形变修正微动台3的位移达到预设误差补偿的位移。
动力车刀盘1包括刀具11、刀盘12、法兰13、刀盘主轴14和电机15，刀具11安装于刀盘12四周，刀盘12与法兰13螺栓连接，法兰13的另一端与刀盘主轴14螺栓连接，刀盘主轴14的另一端与电机15的主轴同轴固定相连，电机15的安装孔与支撑座2的侧面螺栓连接，刀盘主轴14与支撑座2配合，即电机15驱动刀盘主轴14在支撑座2内转动，刀盘主轴14带动刀盘12和刀具11转动。
刀盘主轴14与机床主轴平行安装于数控车床的溜板箱上，则刀盘主轴14和零件轴线平行以一定转速比同时旋转可形成复合的正多边形车削运动。
正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的一种误差补偿方法，其特征包括如下步骤：根据正多边形零件的精度、横截面形状和尺寸由数学模型计算出误差补偿值，误差补偿值可以转化为预设误差补偿的位移，预设误差补偿的位移可以转化为压电陶瓷8的形变量，压电陶瓷8的形变量可转化为压电陶瓷8的驱动电压，正多边形车削误差补偿的动力主轴装置控制系统根据误差补偿值设置压电陶瓷8的驱动电压，压电陶瓷8根据驱动电压的高频周期变化产生形变，压电陶瓷8的形变驱动位移放大铰链7放大形变，位移放大铰链7的形变驱动微动台3周期性往复运动，微动台3与动力车刀盘1沿水平方向移动预设误差补偿的位移完成周期性往复的误差补偿动作，根据光栅尺6检测的位移S1与预设误差补偿的位移S0比较实时改变压电陶瓷8的驱动电压，压电陶瓷8随着驱动电压的变化产生形变修正微动台3的位移达到预设误差补偿的位移，当S1＝S0时，保持压电陶瓷8的驱动电压使压电陶瓷8形变固定，保持微动台3达到预设误差补偿的位移；当S1＞S0时，减小压电陶瓷8的驱动电压使压电陶瓷8形变缩小，缩小微动台3的位移达到预设误差补偿的位移；当S1＜S0时，增加压电陶瓷8的驱动电压使压电陶瓷8形变增大，增大微动台3的位移达到预设误差补偿的位移。正多边形车削误差补偿的动力主轴装置加工零件可实时改变动力车刀盘1到零件轴线的中心距消除理论误差，保证车削出正多边形零件的边是直线。
Claims (4)
1.一种正多边形车削误差补偿的动力主轴装置，其特征是：该装置包括动力车刀盘、支撑座、微动台、支撑平台、滑动导轨、光栅尺、位移放大铰链、压电陶瓷、复位弹簧；所述动力车刀盘与所述支撑座连接；所述支撑座的底部与所述微动台螺栓连接；所述微动台的底部与所述滑动导轨滑动配合，所述微动台的一端设有所述位移放大铰链，所述位移放大铰链的另一端设有所述压电陶瓷，所述微动台的另一端设有所述复位弹簧；所述滑动导轨与所述支撑平台螺栓连接，所述滑动导轨表面设有所述光栅尺；
所述的动力车刀盘包括刀具、刀盘、法兰、刀盘主轴和电机，刀具安装于刀盘四周，刀盘与法兰螺栓连接，法兰的另一端与刀盘主轴螺栓连接，刀盘主轴的另一端与电机主轴同轴固定连接，电机的安装孔与支撑座的侧面螺栓连接，刀盘主轴与支撑座配合。
2.根据权利要求1所述的正多边形车削误差补偿的动力主轴装置，其特征在于所述刀盘主轴与机床主轴平行安装于数控车床的溜板箱上。
3.根据权利要求1所述的正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的一种误差补偿方法，其特征在于：所述正多边形车削误差补偿的动力主轴装置控制系统根据误差补偿值设置所述压电陶瓷的驱动电压，所述压电陶瓷根据驱动电压的高频周期变化产生形变，所述压电陶瓷的形变驱动所述位移放大铰链放大形变，所述位移放大铰链的形变驱动所述微动台周期性往复运动，所述微动台与所述动力车刀盘沿水平方向移动预设误差补偿的位移完成周期性往复的误差补偿动作，根据所述光栅尺检测的位移S1与预设误差补偿的位移S0比较实时改变所述压电陶瓷的驱动电压，所述压电陶瓷随着驱动电压的变化产生形变修正所述微动台的位移达到预设误差补偿的位移，所述正多边形车削误差补偿的动力主轴装置加工零件可实时改变所述动力车刀盘到零件轴线的中心距消除理论误差，保证车削出正多边形零件的边是直线。
4.根据权利要求3所述的正多边形车削误差补偿的动力主轴装置的一种误差补偿方法，其特征在于：当S1＝S0时，保持所述压电陶瓷的驱动电压使所述压电陶瓷形变固定，保持所述微动台达到预设误差补偿的位移；当S1＞S0时，减小所述压电陶瓷的驱动电压使所述压电陶瓷形变缩小，缩小所述微动台的位移达到预设误差补偿的位移；当S1＜S0时，增加所述压电陶瓷的驱动电压使所述压电陶瓷形变增大，增大所述微动台的位移达到预设误差补偿的位移。
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