CN111546087B - 一种压电陶瓷驱动微进给刀架 - Google Patents

一种压电陶瓷驱动微进给刀架 Download PDF

Info

Publication number
CN111546087B
CN111546087B CN202010374766.1A CN202010374766A CN111546087B CN 111546087 B CN111546087 B CN 111546087B CN 202010374766 A CN202010374766 A CN 202010374766A CN 111546087 B CN111546087 B CN 111546087B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base body
tool
piezoelectric ceramic
tool rest
rest base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010374766.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111546087A (zh
Inventor
李东明
高天一
胡红英
谢新鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Minzu University
Original Assignee
Dalian Minzu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Minzu University filed Critical Dalian Minzu University
Priority to CN202010374766.1A priority Critical patent/CN111546087B/zh
Publication of CN111546087A publication Critical patent/CN111546087A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111546087B publication Critical patent/CN111546087B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members

Abstract

一种压电陶瓷驱动微进给刀架，包括刀架基体前端刀具基座内紧固的金刚石刀具，刀架基体中部设有开槽，压电陶瓷驱动器置于该空槽内并通过刀架尾部的螺栓预紧。刀架基体左右设有矩形槽，左侧有通孔，放置电容位移传感器并通过刀架基体左侧面螺栓紧固。刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔。刀架基体前侧设有对称的交叉型柔性铰链。其特征在于：刀架基体前侧对称布置有交叉型柔性铰链。这种技术方案的应用，能够提高刀架的结构刚度和固有频率，使刀具的具备高分辨率、高定位精度、高固有频率的特点。刀架切削加工性能优良，结构简单紧凑，制造成本低廉，适合在超精密加工领域推广。还可用于误差补偿和加工复杂曲面等其他用途。

Description

一种压电陶瓷驱动微进给刀架
技术领域
本发明涉及一种微进给刀架。
背景技术
随着现代科学技术的高速发展，微电子技术、航空航天技术、光学技术、生物医学技术等技术领域对产品的加工精度和表面质量以及加工效率都提出了更高的要求，精密、超精密加工技术已成为发展和制造高新技术产品的重要支柱，应用非常广泛。传统的加工方法不能满足超精密加工的需求，而在超精密机床的设计中增加一个微进给机构来提高机床进刀系统的精度和刚度，是实现超精密加工的有效方法之一。压电驱动微进给刀架切削力大、切削热量小、加工件表面质量高、加工稳定、控制方便、生产效率高等优点，被广泛应用于超精密加工领域。主要解决了工件加工精度，表面质量和加工效率的问题。
现有技术中的微进给刀架，多采用压电陶瓷驱动器作为激励源，双平行四杆柔性铰链作为导向机构，从而带动固定在刀具基座前端的金刚石刀具实现往复进给运动。但这种双平行四杆结构使得微动刀架的系统刚度和固有频率较低，即降低了微进给刀架系统的重复定位精度和位移分辨率，容易在加工过程中出现共振，从而影响加工精度。本发明研制的压电驱动微进给刀架采用对称交叉型柔性铰链驱动结构，该结构在满足微进给系统驱动位移要求条件下，可以极大提高微进给刀架加工系统的刚度和固有频率，减小机床振动、切削过程中刀具和材料属性变化以及由切削力引起的静态和动态变形等因素对其加工精度的影响，有效提到加工产品的表面质量。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足和应用前景提供一种结构简单，加工方便，用途广泛的微进给刀架，本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种压电陶瓷驱动微进给刀架，包括刀架基体，前端设有凹口的刀具基座，金刚石刀具被螺栓ⅰ紧固在刀具基座的凹口内，刀架基体的中部设有长槽，该长槽的前端设有方形通孔，压电陶瓷驱动器置于该长槽上，并被刀架基体后端的六角螺栓预紧，压电陶瓷驱动器的引线设在靠近底部的侧边上。刀架基体左右两侧设有对称布置的矩形通孔ⅰ和矩形通孔ⅱ。刀架基体左侧设有通孔纵向贯穿刀架基体，刀具基座左下固定测量挡板，底部设有引线的电容位移传感器置于通孔内，电容位移传感器前端与测量挡板接触，并通过刀架基体左侧螺栓ⅱ紧固；刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔。刀架基体前端设有的凹口两内侧与刀具基座的左右两外侧各形成一个缺口，在两个缺口内各设有对称布置的柔性导向机构，它的特点是：柔性机构设有相互对称交叉安装的长边ⅰ和长边ⅱ，长边ⅰ的两端分别与短边ⅰ与短边ⅱ的一端相连接，长边ⅱ两端分别与短边ⅲ与短边ⅳ的一端相连接，而短边ⅰ与短边ⅳ的另一端方向相反并分别与所述刀架基体的内侧固定；而短边ⅲ与短边ⅱ的另一端方向相反并分别与刀具基座的外侧固定；长边ⅰ和长边ⅱ之间设有夹角α，短边ⅲ与刀具基座之间设有夹角β，长边与短边的结合部均设有圆弧。长边ⅰ和长边ⅱ之间的夹角为α，α取值范围为60°-120°之间。短边ⅲ与刀具基座之间设有夹角β，β取值范围为30°-60°之间。长边与短边的连接处均设有圆弧，该圆弧的弧度R为0.5-2mm。刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔每侧各3个。金刚石刀具被2只螺栓ⅰ紧固在刀架基体前端刀具基座内。压电陶瓷驱动器被设在刀架基体后端的六角螺栓预紧。压电陶瓷驱动器可以为平头式自感知压电陶瓷驱动器，也可以采用通用型压电陶瓷执行器。
采用上述技术方案的本发明压电陶瓷微进给刀架，通过一种简单的对称布置的交叉型柔性铰链的应用，有效提高刀架的系统刚度和固有频率，使刀具的具备高分辨率、高定位精度、高固有频率的特点。刀架切削加工性能优良，结构简单紧凑，制造成本低廉，适合在超精密加工领域推广。还可用于误差补偿和加工复杂曲面等其他用途。
附图说明
图1为一种压电陶瓷驱动微进给刀架的立体图；
图2为一种压电陶瓷驱动微进给刀架的部分去除立体图；
图3为一种压电陶瓷驱动微进给刀架的主视图；
图4为图1的仰视图；
图5为图3的左视图；
图6为图3的仰视图；
图7为图3的A-A剖面视图；
图8为图3的Ⅰ部放大图；
图9为图5的B-B剖面视图；
图中：1、刀架基体；2、金刚石刀具；3、螺栓ⅰ；4、刀具基座；5、长槽；6、压电陶瓷驱动器；7、六角螺栓；8、矩形通孔ⅰ；9、矩形通孔ⅱ；10、通孔；11、测量挡板；12、电容位移传感器；13、螺栓ⅱ；14、安装孔；15、短边ⅲ；16、短边ⅰ；17、长边ⅰ；18、长边ⅱ；19、短边ⅳ；20、短边ⅱ；21、圆弧；22、方形通孔。
具体实施方式
从附图可以看出本发明采用的结构是平头自感知压电陶瓷驱动器作为激励源提供输出位移，通过对称式交叉型柔性铰链机构传递位移的方式来实现超精密切削加工。压电陶瓷驱动器的引线设在靠近底部的侧边上，可以根据需求提供不同的输出位移。这种压电陶瓷微进给刀架，包括刀架基体1前端设有凹口的刀具基座4内的金刚石刀具2，本案例中金刚石刀具2被两只螺栓ⅰ-3紧固在刀架基体1前端的刀具基座4的凹口内。金刚石刀具2的安装方式为内嵌式，以减小运动部分质量，提高进刀性能。刀具基座4后端设有方形通孔22，刀具基体中部设有长槽5，压电陶瓷驱动器6置于该长槽5上，并被刀架基体1后端的六角螺栓7预紧，压电陶瓷驱动器6的引线设在靠近底部的侧边上。本案例中压电陶瓷驱动器6为平头式自感知压电陶瓷驱动器，驱动器的类型可根据需求选用。刀架基体1左右两侧还设有对称布置的矩形通孔ⅰ-8和矩形通孔ⅱ-9。刀架基体1左侧设有通孔10纵向贯穿刀架基体，刀具基座4左下固定有测量挡板11，底部设有引线的电容位移传感器12置于通孔10内，电容位移传感器12前端与测量挡板11接触，并通过刀架基体1左侧面上的螺栓ⅱ-13紧固。刀架基体1两侧边设有对称布置的安装孔14。本案例中刀架基体1两侧边设有对称布置安装孔14为每侧各3个。刀架基体1前端设有的凹口两内侧与刀具基座4左右两外侧各形成一个缺口，两凹口内设有对称布置的柔性导向机构，所述的柔性导向机构设有相互对称交叉安装的长边ⅰ-17和长边ⅱ-18，所述长边ⅰ-17的两端分别与短边ⅰ-16与短边ⅱ-20的一端相连接，所述长边ⅱ-18两端分别与短边ⅲ-15与短边ⅳ-19的一端相连接，而所述短边ⅰ-16与短边ⅳ-19的另一端方向相反并分别与所述刀架基体1的内侧固定；而所述短边ⅲ-15与短边ⅱ-20的另一端方向相反并分别与所述刀具基座4的外侧固定；所述长边ⅰ-17和长边ⅱ-18之间设有夹角α，所述短边ⅲ-15与刀具基座4之间设有夹角β，长边与短边结合部均设有圆弧21。
本案例中的导向机构为对称式交叉型柔性铰链，其特征是交叉型柔性铰链的长边ⅰ-17与长边ⅱ-18之间的夹角为α，α取值范围为60°-120°之间，当长边ⅰ-17与长边ⅱ-18之间的夹角为90°时性能最好，短边ⅲ-15与刀具基座4之间的夹角为β，β取值范围为30°-60°之间，当β为45°时性能最好，且在长边与两端的短边连接处设有圆弧21，圆弧21的圆弧的弧度R为0.5-2mm之间，目的是减小应力集中，且长边ⅰ-17与长边ⅱ-18长度相等，短边ⅰ-16、短边ⅱ-20、短边ⅲ-15与短边ⅳ-19长度相等。该机构能有效地提高刀架的系统刚度和固有频率。在压电陶瓷驱动器6的驱动下，可以使刀具基座3内的金刚石刀具1实现高精度、高分辨率的直线进给。压电陶瓷驱动器6可以采用平头式自感知压电陶瓷驱动器，也可以采用通用型压电陶瓷执行器。如果采用自感知压电陶瓷驱动器，可以由自感知压电陶瓷驱动器独立完成微位移的驱动与反馈控制。如果压电陶瓷驱动器6采用通用型压电陶瓷驱动器，该驱动器可以与电容传感器12一起组成驱动与反馈控制回路，其功能等同于自感知压电陶瓷驱动器，即自感知压电陶瓷驱动器功能是通用型压电陶瓷驱动器与电容位移传感器二者的集成，完成微位移精密控制，从而获得良好的加工效果，特别是在微细加工中可有效地提高工件的加工质量。
综上所述，本发明的压电陶瓷微进给刀架机构，利用压电陶瓷驱动器的逆压电效应，以一种简单的结构，实现刀架的高精度、高分辨率的微进给运动，可在超精密加工、微机电以及光学技术中广泛应用。

Claims (10)

1.一种压电陶瓷驱动微进给刀架，包括刀架基体(1)，前端设有凹口的刀具基座(4)，金刚石刀具(2)被螺栓ⅰ(3)紧固在刀具基座(4)所述凹口内，所述刀架基体(1)的中部设有长槽(5)，该长槽(5)的前端设有方形通孔(22)，压电陶瓷驱动器(6)置于该长槽(5)上并在刀架基体(1)后端被六角螺栓(7)预紧，压电陶瓷驱动器(6)的引线设在靠近底部的侧边上，所述刀架基体(1)左右两侧设有对称布置的矩形通孔ⅰ(8)和矩形通孔ⅱ(9)，所述刀架基体(1)左侧设有通孔(10)，所述通孔(10)纵向贯穿所述刀架基体(1)，所述刀具基座(4)左下固定测量挡板(11)；底部设有引线的电容位移传感器(12)置于通孔(10)内，所述电容位移传感器(12)前端与测量挡板(11)接触，并通过刀架基体(1)左侧螺栓ⅱ(13)紧固，所述刀架基体(1)两侧边各设有对称布置的至少两个安装孔(14)，所述刀架基体(1)前端设有的凹口两内侧与所述刀具基座(4)的左右两外侧各形成一个缺口，在所述的两个缺口内各设有对称布置的柔性导向机构，其特征在于：所述的柔性导向机构设有相互对称交叉安装的长边ⅰ(17)和长边ⅱ(18)，所述长边ⅰ(17)的两端分别与短边ⅰ(16)与短边ⅱ(20)的一端相连接，所述长边ⅱ(18)两端分别与短边ⅲ(15)与短边ⅳ(19)的一端相连接，而所述短边ⅰ(16)与短边ⅳ(19)的另一端方向相反并分别与所述刀架基体(1)的内侧固定；而所述短边ⅲ(15)与短边ⅱ(20)的另一端方向相反并分别与所述刀具基座(4)的外侧固定；所述长边ⅰ(17)和长边ⅱ(18)之间设有夹角α，所述短边ⅲ(15)与刀具基座(4)之间设有夹角β，长边与短边的结合部均设有圆弧(21)。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述长边ⅰ(17)和长边ⅱ(18)之间的夹角为α，α取值范围为60°-120°之间。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述短边ⅲ(15)与刀具基座(4)之间设有夹角β，β取值范围为30°-60°之间。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述的长边与短边的连接处均设有圆弧(21)，该圆弧(21)的弧度R为0.5-2mm。
5.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述的刀架基体(1)两侧边设有对称布置的安装孔(14)为每侧各3个。
6.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述金刚石刀具(2)被2只螺栓ⅰ(3)紧固在所述刀架基体(1)前端刀具基座(4)内。
7.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器(6)被设在刀架基体(1)后端的六角螺栓(7)预紧。
8.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器(6)为平头式自感知压电陶瓷驱动器。
9.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器(6)为通用压电陶瓷驱动器。
10.根据权利要求9所述的压电陶瓷驱动微进给刀架，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器(6)为通用压电陶瓷驱动器时，该压电陶瓷驱动器(6)与电容位移传感器(12)一起组成驱动与反馈控制回路。
CN202010374766.1A 2020-05-06 2020-05-06 一种压电陶瓷驱动微进给刀架 Active CN111546087B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010374766.1A CN111546087B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种压电陶瓷驱动微进给刀架

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010374766.1A CN111546087B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种压电陶瓷驱动微进给刀架

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111546087A CN111546087A (zh) 2020-08-18
CN111546087B true CN111546087B (zh) 2021-09-07

Family

ID=72000611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010374766.1A Active CN111546087B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种压电陶瓷驱动微进给刀架

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111546087B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112247685A (zh) * 2020-09-16 2021-01-22 燕山大学 微量进给刀架及刀具抛光装置
CN112222439B (zh) * 2020-09-30 2022-02-11 哈尔滨芯明天科技有限公司 一种大承载超精密快速加工定位台
CN115338644B (zh) * 2022-07-25 2024-02-02 山东大学 一种面向弱刚性杆的轴对称磨削与超快车削一体装置
CN117600915B (zh) * 2024-01-23 2024-04-26 齐鲁工业大学(山东省科学院) 仿生蜂窝型刚度自由配置的快刀伺服装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4261211A (en) * 1976-11-24 1981-04-14 Anschutz & Co. G.M.B.H. Flexure joint, particularly for connecting a gyroscope to its driving shaft
DE3234618A1 (de) * 1982-09-18 1984-03-22 Anschütz & Co GmbH, 2300 Kiel Hebelgetriebe
WO2001070453A1 (de) * 2000-03-22 2001-09-27 INA Wälzlager Schaeffler oHG Handhabungsgerät mit einem auf einem drehlager montierten linearmodul
CN101387315A (zh) * 2008-10-27 2009-03-18 北京航空航天大学 交叉簧片转动型柔性铰链
CN202438872U (zh) * 2012-03-05 2012-09-19 广东工业大学 一种刚度可调节的快刀伺服器
CN105195766A (zh) * 2015-11-09 2015-12-30 大连交通大学 压电陶瓷驱动微进给刀架
CN105605090A (zh) * 2016-02-14 2016-05-25 西安电子科技大学 一种零轴漂大转角交叉簧片式柔性铰链
CN106975961A (zh) * 2017-05-19 2017-07-25 广东工业大学 一种长行程快速刀具伺服装置
CN109973515A (zh) * 2019-04-08 2019-07-05 北京航空航天大学 一种纯滚动接触的rcm柔性铰链
CN110370060A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 山东大学 一种压电陶瓷驱动的快刀伺服器、零件加工系统及方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4261211A (en) * 1976-11-24 1981-04-14 Anschutz & Co. G.M.B.H. Flexure joint, particularly for connecting a gyroscope to its driving shaft
DE3234618A1 (de) * 1982-09-18 1984-03-22 Anschütz & Co GmbH, 2300 Kiel Hebelgetriebe
WO2001070453A1 (de) * 2000-03-22 2001-09-27 INA Wälzlager Schaeffler oHG Handhabungsgerät mit einem auf einem drehlager montierten linearmodul
CN101387315A (zh) * 2008-10-27 2009-03-18 北京航空航天大学 交叉簧片转动型柔性铰链
CN202438872U (zh) * 2012-03-05 2012-09-19 广东工业大学 一种刚度可调节的快刀伺服器
CN105195766A (zh) * 2015-11-09 2015-12-30 大连交通大学 压电陶瓷驱动微进给刀架
CN105605090A (zh) * 2016-02-14 2016-05-25 西安电子科技大学 一种零轴漂大转角交叉簧片式柔性铰链
CN106975961A (zh) * 2017-05-19 2017-07-25 广东工业大学 一种长行程快速刀具伺服装置
CN109973515A (zh) * 2019-04-08 2019-07-05 北京航空航天大学 一种纯滚动接触的rcm柔性铰链
CN110370060A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 山东大学 一种压电陶瓷驱动的快刀伺服器、零件加工系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111546087A (zh) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111546087B (zh) 一种压电陶瓷驱动微进给刀架
US10239167B2 (en) Stiffness-frequency adjustable XY micromotion stage based on stress stiffening
CN106881618B (zh) 一种两轴联动的快刀伺服装置
CN2900074Y (zh) 可自伸缩进给加工刀具机构
CN112388370A (zh) 一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置
CN110138266A (zh) 一种尺蠖式压电作动器
CN111890128A (zh) 一种三向解耦的测力型压电快刀伺服装置
CN105406758A (zh) 采用压电驱动的两自由度直线运动平台
Harms et al. Tool adaptor for active vibration control in turning operations
CN211859982U (zh) 一种菱形双纵振夹心式激励双足直线超声电机及其定子
CN109622349B (zh) 一种用于微纳加工的二维超声振动平台
JPWO2010041663A1 (ja) ステージ駆動装置
CN116800122A (zh) 一种多层压电陶瓷直线超声电机及驱动方法
CN115194194A (zh) 一种双驱式双自由度大行程快刀伺服装置
CN109347363B (zh) 一种蠕动式柔性铰链组合压电驱动器
CN211859983U (zh) 一种圆形双纵振夹心式激励双足直线超声电机及其定子
CN206732672U (zh) 两轴联动的快刀伺服装置
CN111408749A (zh) 一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置
CN111531394A (zh) 一种大行程快刀伺服装置
CN110125711B (zh) 一种用于伺服器的导向装置及超长行程快刀伺服器
CN108655435B (zh) 车床微作动平台与车床系统
CN115555601B (zh) 一种快刀伺服机构、加工装置及方法
CN112338623B (zh) 一种刚度自调节快刀伺服装置
CN212019424U (zh) 一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置
CN219234544U (zh) 一种具备减振功能的宏微双驱式快刀伺服装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant