CN111922766B - 基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置及控制方法 - Google Patents

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    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission

Abstract

本发明公开了基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置，其技术方案要点是：所述运动平台包括运动部件以及与运动部件活动连接的支撑部件；所述运动部件设有磁控进给部件和电磁转化部件，电磁转化部件与磁控进给部件的输出端连接；电磁转化部件与支撑部件之间的接触面为平行面，磁控进给部件控制电磁转化部件的移动方向与接触面垂直设置；磁控进给部件、电磁转化部件的信号输入端均与控制器的信号输出端连接，磁控进给部件、电磁转化部件依次响应于运动平台的精加工反馈信号。在机床加工的最后一道工序时，在调整好进给量之后，通过电磁转化部件将运动部件吸附于支撑部件之上，不仅可以减小外界对该运动平台的干扰，也可以削弱身的振动强度。

Description

基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置及控制方法
技术领域
本发明涉及机床控制技术领域，更具体地说，它涉及基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置及控制方法。
背景技术
目前，在超精密机床加工技术之中，机床加工精度已经达到纳米级精度，再往上的突破变得尤为困难。而现有的国内机床加工精度普遍才达到亚微米级或者纳米级，但是相比国外能稳定加工出1nm表面粗糙度的工件相比，其加工精度无论是在精度本身或者稳定性上都无法相比。而在这种环境之下，国内关于提高超精密机床加工精度的方法主要有提高超精密机床的核心运动部件的形位精度或者选用精度更高的控制器，但是无论是提高核心运动部件的形位精度还是选用更好的控制器都受限于国外对我国实行的技术封锁，且这些方法成本较高。因此，如何研究设计一种低成本的超精密机床高精度加工装置及控制方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有提高超精密机床加工精度的技术难度大、投入成本高的问题，本发明的目的是提供基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置及控制方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置，包括导轨、运动平台、刀座、控制器，运动平台与导轨套接，刀座与运动平台固定连接，运动平台与控制器电性连接，所述运动平台包括运动部件以及与运动部件活动连接的支撑部件；所述运动部件设有磁控进给部件和电磁转化部件，电磁转化部件与磁控进给部件的输出端连接；电磁转化部件与支撑部件之间的接触面为平行面，磁控进给部件控制电磁转化部件的移动方向与接触面垂直设置；磁控进给部件、电磁转化部件的信号输入端均与控制器的信号输出端连接，磁控进给部件、电磁转化部件依次响应于运动平台的精加工反馈信号。
进一步的，所述电磁转化部件位于支撑部件上方，电磁转化部件的吸附作用沿竖直方向设置。
进一步的，所述磁控进给部件为伸缩气缸、电动伸缩节中的任意一种。
进一步的，所述电磁转化部件包括依次串联形成闭合回路的电源、通断器件、电磁铁，通断器件为继电器、MEMS开关、可关断晶闸管中的任意一种。
进一步的，所述控制器设有用于控制电源输出电压的脉冲宽度调制电路。
第二方面，提供了基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，使用如第一方面中任意一项所述的加工装置，包括以下步骤：
运动平台在最后一道精加工工序中达到预设进给量位置时，向控制器发出精加工反馈信号；
磁控进给部件响应于精加工反馈信号，驱使电磁转化部件伸出后与支撑部件的表面接触；
电磁转化部件在伸出动作完成后响应于精加工反馈信号，通电磁化后在磁力吸附作用下将运动部件吸附稳定在支撑部件当前位置。
进一步的，所述电磁转化部件通过脉冲宽度调制电路控制电源的输出电压大小以实现调节吸附作用力大小。
进一步的，所述电磁转化部件通过控制电路通断实现吸附作用力的产生与消失。
第三方面，提供了一种超精密加工机床，包括床身、主轴以及至少一个如第一方面中任意一项所述的加工装置，主轴、加工装置均固定装在床身上，主轴与加工装置中的刀座对齐设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在机床加工的最后一道工序时，在调整好进给量之后，通过电磁转化部件将运动部件吸附于支撑部件之上，不仅可以减小外界对该运动平台的干扰，也可以削弱自身的振动强度；
2、本发明具有实用性强、操作简便、成本较低等特点，在加工工件做最后的精加工时，无论是在加工平面件或者柱面件，利用该方法均可以较大的提高工件的加工精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中有磁控进给部件与电磁转化部件的结构示意图；
图3是本发明实施例中的控制流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101、床身；102、导轨；103、运动平台；104、刀座；105、主轴；106、磁控进给部件；107、电磁转化部件；108、运动部件；109、支撑部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例1-2和附图1-3，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：基于电磁双控的超精密机床高精度加工装置，如图1与图2所示，包括导轨102、运动平台103、刀座104、控制器，运动平台103与导轨102套接，刀座104与运动平台103固定连接，运动平台103与控制器电性连接，主轴105、导轨102均固定装在床身101上，主轴105与加工装置中的刀座104对齐设置。运动平台103包括运动部件108以及与运动部件108活动连接的支撑部件109；运动部件108设有磁控进给部件106和电磁转化部件107，电磁转化部件107与磁控进给部件106的输出端连接；电磁转化部件107与支撑部件109之间的接触面为平行面，磁控进给部件106控制电磁转化部件107的移动方向与接触面垂直设置；磁控进给部件106、电磁转化部件107的信号输入端均与控制器的信号输出端连接，磁控进给部件106、电磁转化部件107依次响应于运动平台103的精加工反馈信号。
在本实施例中，电磁转化部件107位于支撑部件109上方，电磁转化部件107的吸附作用沿竖直方向设置。
在本实施例中，磁控进给部件106为伸缩气缸、电动伸缩节中的任意一种。
在本实施例中，电磁转化部件107包括依次串联形成闭合回路的电源、通断器件、电磁铁，通断器件为继电器、MEMS开关、可关断晶闸管中的任意一种。
在本实施例中，控制器设有用于控制电源输出电压的脉冲宽度调制电路。
实施例2：基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，如图1-3所示，包括以下步骤：
步骤一：运动平台103在最后一道精加工工序中达到预设进给量位置时，向控制器发出精加工反馈信号。
步骤二：磁控进给部件106响应于精加工反馈信号，驱使电磁转化部件107伸出后与支撑部件109的表面接触。
步骤三：电磁转化部件107在伸出动作完成后响应于精加工反馈信号，通电磁化后在磁力吸附作用下将运动部件108吸附稳定在支撑部件109当前位置。
在本实施例中，电磁转化部件107通过脉冲宽度调制电路控制电源的输出电压大小以实现调节吸附作用力大小。
在本实施例中，电磁转化部件107通过控制电路通断实现吸附作用力的产生与消失。
工作原理：在机床加工的最后一道工序时，在调整好进给量之后，通过电磁转化部件107将运动部件108吸附于支撑部件109之上，不仅可以减小外界对该运动平台103的干扰，也可以削弱自身的振动强度；同时具有实用性强、操作简便、成本较低等特点，无论是在加工平面件或者柱面件，均可以较大的提高工件的加工精度。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，使用如下的加工装置，包括导轨(102)、运动平台(103)、刀座(104)、控制器，运动平台(103)与导轨(102)套接，刀座(104)与运动平台(103)固定连接，运动平台(103)与控制器电性连接，其特征是，所述运动平台(103)包括运动部件(108)以及与运动部件(108)活动连接的支撑部件(109)；所述运动部件(108)设有磁控进给部件(106)和电磁转化部件(107)，电磁转化部件(107)与磁控进给部件(106)的输出端连接；电磁转化部件(107)与支撑部件(109)之间的接触面为平行面，磁控进给部件(106)控制电磁转化部件(107)的移动方向与接触面垂直设置；磁控进给部件(106)、电磁转化部件(107)的信号输入端均与控制器的信号输出端连接，磁控进给部件(106)、电磁转化部件(107)依次响应于运动平台(103)的精加工反馈信号；
其加工控制方法包括以下步骤：
运动平台(103)在最后一道精加工工序中达到预设进给量位置时，向控制器发出精加工反馈信号；
磁控进给部件(106)响应于精加工反馈信号，驱使电磁转化部件(107)伸出后与支撑部件(109)的表面接触；
电磁转化部件(107)在伸出动作完成后响应于精加工反馈信号，通电磁化后在磁力吸附作用下将运动部件(108)吸附稳定在支撑部件(109)当前位置。
2.根据权利要求1所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，所述电磁转化部件(107)通过脉冲宽度调制电路控制电源的输出电压大小以实现调节吸附作用力大小。
3.根据权利要求1所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，所述电磁转化部件(107)通过控制电路通断实现吸附作用力的产生与消失。
4.根据权利要求1所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，所述电磁转化部件(107)位于支撑部件(109)上方，电磁转化部件(107)的吸附作用沿竖直方向设置。
5.根据权利要求1所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，所述磁控进给部件(106)为伸缩气缸、电动伸缩节中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，所述电磁转化部件(107)包括依次串联形成闭合回路的电源、通断器件、电磁铁，通断器件为继电器、MEMS开关、可关断晶闸管中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，所述控制器设有用于控制电源输出电压的脉冲宽度调制电路。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于电磁双控的超精密机床高精度加工控制方法，其特征是，包括床身(101)和主轴(105)，主轴(105)、加工装置均固定装在床身(101)上，主轴(105)与加工装置中的刀座(104)对齐设置。
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