CN109530737A - 超精密机床智能刀架、智能机床及智能刀架的对刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超精密机床智能刀架，包括刀台、对刀台进行粗调的粗调模块、对刀台进行微调的微调模块、将刀台抱死在微调模块上的制动模块和实时采集车削力信号的力信号采集模块，其中，所述力信号采集模块设置在所述刀台上，所述粗调模块与所述刀台连接，所述粗调模块设置在所述微调模块上，所述制动模块设置在所述刀台上。本发明还提供了一种智能机床。本发明还提供了一种智能刀架的对刀方法。本发明的有益效果是：可通过粗调模块、微调模块、制动模块来实现智能对刀，可通过力信号采集模块来实时采集车削的力信号，为刀具磨损，中心对刀误差的在线辨识提供力信号。

Description

超精密机床智能刀架、智能机床及智能刀架的对刀方法

技术领域

本发明涉及超精密机床，尤其涉及一种超精密机床智能刀架、智能机床及智能刀架的对刀方法。

背景技术

超精密加工是一种利用单晶金刚石进行高精度表面制造的加工手段，已应用于国防、航天航空、太空遥测等重要领域，其加工水平体现了一个国家相关产业的技术水平。超精密加工中刀具的对刀设置是实现高质量表面制造的重要步骤，传统的对刀方法是通过人工借助于光学对刀仪进行刀高的粗调和微调，对刀过程繁琐复杂，且对刀精度依赖于对刀师傅的经验和对刀仪的景深，因此，该对刀方法无法实现对刀过程的自动化和智能对刀。另一方面，切削力在加工过程中被广泛认为是可以用来进行刀具磨损和中心对刀误差辨识的重要信号，但现有对刀仪没有集成力传感器，无法实现基于切削力的相关参量如刀具磨损，中心对刀误差的在线辨识，因此，如何提供一种智能刀刀架来实现智能对刀是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种超精密机床智能刀架、智能机床及智能刀架的对刀方法。

本发明提供了一种超精密机床智能刀架，包括刀台、对刀台进行粗调的粗调模块、对刀台进行微调的微调模块、将刀台抱死在微调模块上的制动模块和实时采集车削力信号的力信号采集模块，其中，所述力信号采集模块设置在所述刀台上，所述粗调模块与所述刀台连接，所述粗调模块设置在所述微调模块上，所述制动模块设置在所述刀台上。

作为本发明的进一步改进，所述粗调模块包括伺服电机、丝杆和滑块，所述伺服电机与所述丝杆连接，所述丝杆通过丝杆螺母与所述滑块连接，所述滑块与所述刀台连接。

作为本发明的进一步改进，所述微调模块包括刀座、电容位移传感器、压电陶瓷驱动器和平行四边形柔性铰链，所述平行四边形柔性铰链设置在所述刀座上，所述压电陶瓷驱动器与所述平行四边形柔性铰链连接，所述电容位移传感器设置在所述平行四边形柔性铰链上，所述粗调模块设置在所述平行四边形柔性铰链上。

作为本发明的进一步改进，所述制动模块包括电磁铁，所述电磁铁固定在所述刀台上。

作为本发明的进一步改进，所述力信号采集模块包括刀柄、夹板、力传感器，所述力传感器设置在所述刀柄上，所述刀柄、夹板通过刀柄紧固螺栓固定在所述刀台上。

本发明还提供了一种智能机床，包括如上述中任一项所述的超精密机床智能刀架。

本发明还提供了一种智能刀架的对刀方法，基于上述中任一项所述的超精密机床智能刀架进行以下步骤：

S1、接收对刀信号，制动模块断电，解除刀台与微调模块的抱死状态；

S2、通过粗调模块对刀台进行粗调

S3、通过制动模块将刀台抱死在微调模块上；

S4、通过微调模块对刀台进行微调。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可通过粗调模块、微调模块、制动模块来实现智能对刀，可通过力信号采集模块来实时采集车削的力信号，为刀具磨损，中心对刀误差的在线辨识提供力信号。

附图说明

图1是本发明一种超精密机床智能刀架的示意图。

图2是本发明一种超精密机床智能刀架的分解示意图。

图3是本发明一种超精密机床智能刀架的粗调模块的示意图。

图4是本发明一种超精密机床智能刀架的微调模块的装配示意图。

图5是本发明一种超精密机床智能刀架的微调模块的示意图。

图6是本发明一种超精密机床智能刀架的微调模块的主视图。

图7是本发明一种超精密机床智能刀架的制动模块的装配示意图。

图8是本发明一种超精密机床智能刀架的制动模块的示意图。

图9是本发明一种超精密机床智能刀架的力信号采集模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

为了实现超精密机床智能对刀，本发明对商业超精密加工机床的刀架进行改装设计，使本来只能通过繁琐复杂的手动对刀的刀架，变为可以远程在线控制的智能对刀的智能刀架。

如图1至图9所示，一种超精密机床智能刀架，包括刀台5、对刀台5进行粗调的粗调模块1、对刀台5进行微调的微调模块2、将刀台5抱死在微调模块2上的制动模块3和实时采集车削力信号的力信号采集模块4，其中，所述力信号采集模块4设置在所述刀台5上，所述粗调模块1与所述刀台5连接，所述粗调模块1设置在所述微调模块2上，所述制动模块3设置在所述刀台5上。

如图2、3所示，所述粗调模块1包括伺服电机11、联轴器12、固定板紧固螺钉13、上挡板14、孔用弹性挡圈15、滚珠轴承16、导轨17、键19、下挡板112、滚珠轴承113、固定板114、丝杆110和滑块111，所述伺服电机11通过联轴器12与所述丝杆110连接，所述丝杆110通过丝杆螺母18与所述滑块111连接，所述滑块111与所述刀台5连接，丝杆110优选为滚珠丝杆。

如图4、5、6所示，所述微调模块2包括刀座21、刀架固定螺钉22，电容位移传感器24、压电陶瓷驱动器24、压电陶瓷驱动器紧固螺钉25和平行四边形柔性铰链26，所述平行四边形柔性铰链26设置在所述刀座21上，所述压电陶瓷驱动器23与所述平行四边形柔性铰链26连接，所述电容位移传感器24设置在所述平行四边形柔性铰链26上，所述固定板114通过定板紧固螺钉13设置在所述平行四边形柔性铰链26上。

如图7、8所示，所述制动模块3包括电磁铁31和电磁铁紧固螺钉32，所述电磁铁31通过电磁铁紧固螺钉32固定在所述刀台5上。

如图9所示，所述力信号采集模块4包括刀柄41、夹板42、力传感器43和刀柄紧固螺栓44，所述力传感器43设置在所述刀柄41上，所述刀柄41、夹板42通过刀柄紧固螺栓44固定在所述刀台5上。

本发明提供的一种超精密机床智能刀架的工作原理如下：

1、粗调模块1：该模块主要用于刀高误差的快速调节，量程为分辨率5μm左右，其实现原理是基于伺服电机11控制下的滑块111的微动。伺服电机11可以实现运动控制的闭环，能够精准实现位置的到达；

2、微调模块2：该模块主要用于刀高误差的细微调整，量程为分辨率1μm以下，其实现原理是基于压电陶瓷驱动器23、电容位移传感器24控制下的平行四边形柔性铰链26的微动。压电陶瓷驱动器23、电容位移传感24可以实现运动控制的闭环，能够精准控制位置的微动；

3、制动模块3：该模块主要用于刀台5的抱死作用，其实现原理是基于电磁铁31通电时的有磁性与断电时的无磁性；

4、力信号采集模块4：该模块主要用于检测刀具对刀误差和刀具磨损，其实现原理是力传感器43实时采集车削的力信号分析异常。

一种智能机床，包括如上述中任一项所述的超精密机床智能刀架。

一种智能刀架的对刀方法，基于上述中任一项所述的超精密机床智能刀架进行以下步骤：

S1、接收对刀信号，制动模块3断电，解除刀台5与微调模块2的抱死状态；

S2、通过粗调模块1对刀台5进行粗调

S3、通过制动模块3将刀台5抱死在微调模块2上；

S4、通过微调模块2对刀台5进行微调。

具体过程为：第一步，接收对刀信号，电磁铁31断电，解除刀台5与刀座21的抱死状态。第二步粗调，首先伺服电机11旋转，通过联轴器12带动丝杆110同步旋转，而丝杆螺母18固定在滑块111内，刀台5与滑块111通过螺钉链接，同时丝杆110旋转带动丝杆螺母18、滑块111和刀台5一起沿刀座21做上下直线运动，实现刀台5的上下移动，完成刀具对刀的粗调。第三步，电磁铁31通电，刀台5通过电磁铁31抱死在刀座21上，使刀台5粗调完之后不会出现窜动，保证加工精度。最后一步微调，通过给压电陶瓷驱动器23输入电压以控制压电陶瓷驱动器23的伸缩(如图6所示)，电容位移传感器24反馈伸缩量，进而使刀座21上的平行四边形柔性铰链26做微小的平行四边形运动，实现微调，从而实现远程控制，在线对刀，最终实现超精密智能制造，无人工厂，达到《中国制造2025》的要求。

本发明提供的一种超精密机床智能刀架、智能机床及智能刀架的对刀方法，主要用于超精密加工过程自动化对刀、在线力信号测量，实现刀具调正的远程智能控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超精密机床智能刀架，其特征在于：包括刀台、对刀台进行粗调的粗调模块、对刀台进行微调的微调模块、将刀台抱死在微调模块上的制动模块和实时采集车削的力信号的力信号采集模块，其中，所述力信号采集模块设置在所述刀台上，所述粗调模块与所述刀台连接，所述粗调模块设置在所述微调模块上，所述制动模块设置在所述刀台上。

2.根据权利要求1所述的超精密机床智能刀架，其特征在于：所述粗调模块包括伺服电机、丝杆和滑块，所述伺服电机与所述丝杆连接，所述丝杆通过丝杆螺母与所述滑块连接，所述滑块与所述刀台连接。

3.根据权利要求1所述的超精密机床智能刀架，其特征在于：所述微调模块包括刀座、电容位移传感器、压电陶瓷驱动器和平行四边形柔性铰链，所述平行四边形柔性铰链设置在所述刀座上，所述压电陶瓷驱动器与所述平行四边形柔性铰链连接，所述电容位移传感器设置在所述平行四边形柔性铰链上，所述粗调模块设置在所述平行四边形柔性铰链上。

4.根据权利要求1所述的超精密机床智能刀架，其特征在于：所述制动模块包括电磁铁，所述电磁铁固定在所述刀台上。

5.根据权利要求1所述的超精密机床智能刀架，其特征在于：所述力信号采集模块包括刀柄、夹板、力传感器，所述力传感器设置在所述刀柄上，所述刀柄、夹板通过刀柄紧固螺栓固定在所述刀台上。

6.一种智能机床，其特征在于：包括如权利要求1至5中任一项所述的超精密机床智能刀架。

7.一种智能刀架的对刀方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的超精密机床智能刀架进行以下步骤：

S1、接收对刀信号，制动模块断电，解除刀台与微调模块的抱死状态；

S2、通过粗调模块对刀台进行粗调

S3、通过制动模块将刀台抱死在微调模块上；

S4、通过微调模块对刀台进行微调。