CN110014321A - 一种温度可控式快刀伺服装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度可控式快刀伺服装置及其使用方法，解决的技术问题是现有精密、超精密加工设备对微阵列和自由曲面的快刀伺服加工主要采用压电陶瓷和柔性铰链形式，但行程不大、刚度不够，且电机长时间工作时产生高温影响。本发明包括固定板，固定板上设有气浮装置、电机和冷却系统，所述的气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳外侧，气浮轴壳前部设有刀具、后部设有电机，所述的壳体外部设有气管接头，气管接头与气浮块相连通。本发明实现了快刀伺服装置在高频往复运动下的大行程；提高了整体工作效率；气浮轴壳起到导向的作用，同时避免电机运转时的径向运动。实现快速冷却的功能。

Description

一种温度可控式快刀伺服装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及精密、超精密机床加工的技术领域，尤其涉及温度可控式快刀伺服装置及其使用方法。

背景技术

精密和超精密加工技术已广泛应用于激光聚变、航空航天、光学、仪表等多个领域，并直接影响到高精尖技术的发展，特别是一些特殊结构的加工，高精度陀螺仪、激光反射镜、微透镜阵列和仿生复眼等光学元件等加工都需要超精密快刀伺服加工技术来完成。快刀伺服装置是精密和超精密曲面和微结构表面加工的关键技术之一，并成为超精密机床的关键部件之一，其具有高频响、高精度等特性，因此快刀伺服装置得到广泛应用，实现高精度的加工表面和轮廓精度，提升工业和高精尖领域制造水平。现有精密、超精密加工设备对微阵列和自由曲面的快刀伺服加工主要采用压电陶瓷和柔性铰链形式，但行程不大、刚度不够，且电机长时间工作时产生的高温影响也需要解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有精密、超精密加工设备对微阵列和自由曲面的快刀伺服加工主要采用压电陶瓷和柔性铰链形式，但行程不大、刚度不够，且电机长时间工作时产生高温影响，提供一种温度可控式快刀伺服装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种温度可控式快刀伺服装置，包括固定板，固定板上设有气浮装置、电机和冷却系统，所述的气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳外侧，气浮轴壳前部设有刀具、后部设有电机，所述的壳体外部设有气管接头，气管接头与气浮块相连通。

所述的电机为音圈电机，音圈电机包括动子和定子，动子通过动子连接件与气浮轴壳连接，定子设置在动子外部。

所述的壳体包括顶板和底板，顶板和底板两侧分别设有右侧板和左侧板。

所述气浮块包括上气浮块、右气浮块、左气浮块和下气浮块，上气浮块嵌入在顶板内，右气浮块嵌入在右侧板内，左气浮块嵌入在左侧板内，下气浮块嵌入在底板内。

所述气管接头包括气管接头Ⅰ、气管接头Ⅱ、气管接头Ⅲ和气管接头Ⅳ，气管接头Ⅰ、气管接头Ⅱ、气管接头Ⅲ和气管接头Ⅳ分别固定在顶板、右侧板、左侧板和底板上；所述的顶板、右侧板、左侧板和底板内分别设有通气腔，气管接头Ⅰ通过通气腔与上气浮块相连通，气管接头Ⅱ通过通气腔与右气浮块相连通，气管接头Ⅲ通过通气腔与左气浮块相连通，气管接头Ⅳ通过通气腔与下气浮块相连通。

所述气浮轴壳位于壳体中间位置，所述气浮轴壳为方形气浮轴壳；所述左侧板上设有空槽，空槽内设置有光栅尺读数头。

所述的气浮装置外侧设有缓冲器I和缓冲器II，缓冲器I和缓冲器II固定在固定板上面。

所述冷却装置包括冷却水套、节温器和散热器，所述的冷却水套上设有进水口和出水口，所述的节温器包括节温器外壳，节温器外壳内设有橡胶隔膜和推杆，推杆一端与节温器外壳上部连接、另一端伸进橡胶隔膜内，橡胶隔膜内部设有石蜡、外部设有螺旋弹簧，橡胶隔膜外侧固定设有活塞，与活塞相对应的节温器外壳上设有出水口II。

所述的散热器包括散热片和散热管，散热片设置在固定板上，散热管均匀镶嵌在散热片之间。

一种温度可控式快刀伺服装置的使用方法，包括以下步骤：①在电机工作时，电机内动子通过动子连接件带动气浮轴壳做直线高频往复运动；②冷却液温度的控制：常温下石蜡为固态，当冷却液温度不高时，活塞在螺旋弹簧的作用下堵在出水口II处，即出水口II处于关闭状态，冷却液从节温器进水口进入，从节温器出水口I流出，流入冷却水套，形成一个冷却液的小循环系统；当冷却液温度过高时，石蜡受热融化体积增大，推杆固定，推杆产生的反作用力使橡胶隔膜向下移动并使螺旋弹簧压缩，橡胶隔膜向下移动使活塞开启，此时冷却液同时从出水口II流出，从出水口II流出的冷却液流入散热器，形成一个冷却液的大循环系统。

本发明的有益效果是：结构设计合理，实现了快刀伺服装置在高速下的大行程；降低了加工难度，便于加工和装配，提高了整体工作效率；气浮轴壳起到导向的作用，同时避免电机运转时的径向运动，提高运动部分的精度，提高稳定性。正常温度下冷却装置的冷却液流经冷却水套，当电机工作温度过高时，节温器内部石蜡融化，旁通阀阀门开启，冷却液在流经冷却水套的同时也会流经散热器，实现快速冷却的功能。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明气浮装置的俯视图。

图3为本发明节温器剖面结构示意图。

图4为本发明节温器内部推杆与橡胶隔膜相配合的剖视结构示意图；

图5为本发明节温器外部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，一种温度可控式快刀伺服装置，包括固定板1，固定板1上设有气浮装置、电机和冷却系统，所述的气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳3和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳3外侧，气浮轴壳3前部设有刀具、后部设有电机，所述的壳体外部设有气管接头，气管接头与气浮块相连通。气管接头与外部气源相连通。

所述的电机为音圈电机，音圈电机包括动子14和定子，动子14通过动子连接件13与气浮轴壳3连接，定子设置在动子14外部。动子连接件13与电机动子14固定连接；所述定子通过螺钉与定子固定板18固定连接，定子固定板18下部与固定板1固定连接。

所述的壳体包括顶板9和底板12，顶板9和底板12两侧分别设有右侧板10和左侧板11。右侧板10和左侧板11的上侧和下侧分别与顶板9和底板12固定连接。

所述气浮块包括上气浮块5、右气浮块6、左气浮块7和下气浮块8，上气浮块5嵌入在顶板9内，右气浮块6嵌入在右侧板10内，左气浮块7嵌入在左侧板11内，下气浮块8嵌入在底板12内。气浮轴壳3上部通过上气浮块5与顶板9相连接，上气浮块5嵌入在顶板9下部，气浮轴壳3左侧通过右气浮块6与左侧板10相连接，右气浮块6嵌入在左侧板10右侧，气浮轴壳3右侧通过左气浮块7与右侧板11相连接，左气浮块7嵌入在右侧板11左侧，气浮轴壳3下部通过下气浮块8与底板12相连接，下气浮块8嵌入在底板12上部。

所述气管接头包括气管接头Ⅰ101、气管接头Ⅱ102、气管接头Ⅲ103和气管接头Ⅳ104，气管接头Ⅰ101、气管接头Ⅱ102、气管接头Ⅲ103和气管接头Ⅳ104分别固定在顶板9、右侧板10、左侧板11和底板12上；所述的顶板9、右侧板10、左侧板11和底板12内分别设有通气腔，气管接头Ⅰ101通过通气腔与上气浮块5相连通，气管接头Ⅱ102通过通气腔与右气浮块3相连通，气管接头Ⅲ103通过通气腔与左气浮块7相连通，气管接头Ⅳ104通过通气腔与下气浮块8相连通。

所述气浮轴壳3位于壳体中间位置，所述气浮轴壳为方形气浮轴壳；所述左侧板11上设有空槽，空槽内设置有光栅尺读数头4。气浮轴壳为方形，可以限制气浮轴壳3的径向运动，限制其自由度，而且气浮的阻尼比直线导轨小，通过四组气浮块提高快刀伺服装置的导向精度，同时音圈电机带动气浮轴壳3实现大行程运动。光栅尺读数头4用于监测实时位移。光栅尺读数头4固定在左侧板空槽内，所述气浮轴壳3左侧设置有光栅尺，光栅尺与光栅尺读数头4相配合使用，光栅尺和光栅尺读数头4之间相差0.8mm距离，利用光栅尺对音圈电机轴向运动实时检测。

所述的气浮装置外侧设有缓冲器I2和缓冲器II12，缓冲器I2和缓冲器II12固定在固定板1上面。缓冲器I2和缓冲器II12在电机工作时起缓冲作用。

所述冷却装置包括冷却水套、节温器和散热器，所述的冷却水套15上设有进水口16和出水口17，所述的节温器21包括节温器外壳21，节温器外壳21内设有橡胶隔膜22和推杆23，推杆23一端与节温器外壳21上部连接、另一端伸进橡胶隔膜22内，橡胶隔膜22内部设有石蜡26、外部设有螺旋弹簧24，橡胶隔膜22外侧固定设有活塞25，与活塞25相对应的节温器外壳21上设有出水口II27。

所述的散热器包括散热片19和散热管20，散热片19设置在固定板1上，散热管均匀镶嵌在散热片之间。本发明所述散热管有九个，均匀镶嵌在散热片之间，所述散热片有八个，散热片19设置于固定板1上的散热器底座上。冷却液流经散热管20冷却后流至冷却水套15。

一种温度可控式快刀伺服装置的使用方法，包括以下步骤：①在音圈电机工作时，音圈电机内动子14通过动子连接件13带动气浮轴壳3做直线高频往复运动；②冷却液温度的控制：常温下石蜡为固态，当冷却液温度不高时，活塞25在螺旋弹簧24的作用下堵在出水口II27处，即出水口II处于关闭状态，冷却液从节温器进水口进入，从节温器出水口I28流出，流入冷却水套15，形成一个冷却液的小循环系统；当冷却液温度过高时，石蜡受热融化体积增大，推杆固定，推杆产生的反作用力使橡胶隔膜22向下移动并使螺旋弹簧24压缩，橡胶隔膜22向下移动使活塞25开启，此时冷却液同时从出水口II27流出，从出水口II流出的冷却液流入散热器，形成一个冷却液的大循环系统。

本发明根据实际温度，选择使用大循环或小循环系统，或者同时使用。步骤①所述的气浮轴壳3做直线高频往复运动时,缓冲器I2、缓冲器II12起到缓冲作用。

Claims (10)

1.一种温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：包括固定板（1），固定板（1）上设有气浮装置、电机和冷却系统，所述的气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳（3）和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳（3）外侧，气浮轴壳（3）前部设有刀具、后部设有电机，所述的壳体外部设有气管接头，气管接头与气浮块相连通。

2.根据权利要求1所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述的电机为音圈电机，音圈电机包括动子（14）和定子，动子（14）通过动子连接件（13）与气浮轴壳（3）连接，定子设置在动子（14）外部。

3.根据权利要求1所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述的壳体包括顶板（9）和底板（12），顶板（9）和底板（12）两侧分别设有右侧板（10）和左侧板（11）。

4.根据权利要求3所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述气浮块包括上气浮块（5）、右气浮块（6）、左气浮块（7）和下气浮块（8），上气浮块（5）嵌入在顶板（9）内，右气浮块（6）嵌入在右侧板（10）内，左气浮块（7）嵌入在左侧板（11）内，下气浮块（8）嵌入在底板（12）内。

5.根据权利要求4所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述气管接头包括气管接头Ⅰ（101）、气管接头Ⅱ（102）、气管接头Ⅲ（103）和气管接头Ⅳ（104），气管接头Ⅰ（101）、气管接头Ⅱ（102）、气管接头Ⅲ（103）和气管接头Ⅳ（104）分别固定在顶板（9）、右侧板（10）、左侧板（11）和底板（12）上；所述的顶板（9）、右侧板（10）、左侧板（11）和底板（12）内分别设有通气腔，气管接头Ⅰ（101）通过通气腔与上气浮块（5）相连通，气管接头Ⅱ（102）通过通气腔与右气浮块（3）相连通，气管接头Ⅲ（103）通过通气腔与左气浮块（7）相连通，气管接头Ⅳ（104）通过通气腔与下气浮块（8）相连通。

6.根据权利要求4所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述气浮轴壳（3）位于壳体中间位置，所述气浮轴壳为方形气浮轴壳；所述左侧板（11）上设有空槽，空槽内设置有光栅尺读数头（4）。

7.根据权利要求1所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述的气浮装置外侧设有缓冲器I（2）和缓冲器II（12），缓冲器I（2）和缓冲器II（12）固定在固定板（1）上面。

8.根据权利要求1所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述冷却装置包括冷却水套、节温器和散热器，所述的冷却水套（15）上设有进水口（16）和出水口（17），所述的节温器（21）包括节温器外壳（21），节温器外壳（21）内设有橡胶隔膜（22）和推杆（23），推杆（23）一端与节温器外壳（21）上部连接、另一端伸进橡胶隔膜（22）内，橡胶隔膜（22）内部设有石蜡（26）、外部设有螺旋弹簧（24），橡胶隔膜（22）外侧固定设有活塞（25），与活塞（25）相对应的节温器外壳（21）上设有出水口II（27）。

9.根据权利要求1所述的温度可控式快刀伺服装置，其特征在于：所述的散热器包括散热片（19）和散热管（20），散热片（19）设置在固定板（1）上，散热管均匀镶嵌在散热片之间。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的温度可控式快刀伺服装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：①在电机工作时，电机内动子（14）通过动子连接件（13）带动气浮轴壳（3）做直线高频往复运动；②冷却液温度的控制：常温下石蜡为固态，当冷却液温度不高时，活塞（25）在螺旋弹簧（24）的作用下堵在出水口II（27）处，即出水口II处于关闭状态，冷却液从节温器进水口进入，从节温器出水口I（28）流出，流入冷却水套（15），形成一个冷却液的小循环系统；当冷却液温度过高时，石蜡受热融化体积增大，推杆固定，推杆产生的反作用力使橡胶隔膜（22）向下移动并使螺旋弹簧（24）压缩，橡胶隔膜（22）向下移动使活塞(25)开启，此时冷却液同时从出水口II（27）流出，从出水口II流出的冷却液流入散热器，形成一个冷却液的大循环系统。