TWM328338U - Self-compensation synchronous precise positioning apparatus for tool rotation of ultra-precise processing machine - Google Patents

Description

M328338 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】

本創作是有關一種超精密加工機刀具旋轉之自補俨5 步精密定位裝置’尤指-種藉由二電致元件之電致伸= 用達到控制加工機同步於主軸轉動角度作偏擺之微定位I 【先前技術】

相對於加工機之業者而言，所謂的超精密加工是以取 得較佳之尺寸、表面、形狀等各種精度、以及達到取 之精度為目標 級 然而，在超精密加工機於加工工件時，刀具的直線運 動用以切削進給為必要之切削要素，而實際上其工件之〆 密度，主要取決於刀具之直線運動，以藉由又、 二 .三軸向其及六個自由度的方向來決定其加工成品之精度及 • 誤差，各軸向之進給控制勢必需達到超精密（奈米級）之位 移，否則便無法使超精密加工機所製成之產品達到所需之 超精密等級。 以電腦數值控制之車削加工機CNC ( c〇mputer Numerical Control)而言，刀具相對於工件切削量的進給方 向即為z軸方向，加工機在進刀量的控制上，為使z軸之 進刀量在極短之時間内作變化，方能加工出斷面形狀為非 5 M328338 圓形之卫件’如凸輪此類之元件，需於極短之時間内作切 肖J進給之變化，而於奈米級之位移進級量，即無法執行。 再者，於可快速進級加工車削之同時，會因其它因素 ，如刀具磨耗、工具機構件磨耗等多種因素而致使加工精 又不如預期，且若為能精確定位加工，需有補正裝置，以 有效執行。 【新型内容】 本創作之首要目的，在於解決上述❹〗題而揭示一種 超精密加工機刀具旋轉之自補償同步精密定位裝置，i係 藉由訊號控制進給量之二電致元件，以及感測元件用=感 件之位移，该一電致元件與該感測元件均電性連接 於一控制單元而達到回授（feedback)的功用，其可經由 控制單元作精確控制，以使刀具之進給量可達到超精密之 控制。 夏一為達前述之目的，本創作係包括—加工機，該加工機 了一刀具座，刀具座係供帶動一刀具作切削進給，該刀具 係設於—活動座上，於活動座二端分別_有-電致^ ^、’且各f致元件之另—_定於該刀具座，各該電致元 以電性連接—控鮮元所㈣，㈣單元並電性連接— s ’収件’感測元件具—感測頭，俾供感測位 遞至該㈣單元㈣為電致元狀㈣轉，吨:2 M328338 電致元件作進給控制。 本創作之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用 實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解；當然，本創 作在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選 用之實施例，則於本說明書中，予以詳細闡述，且於附巴 中展不其構造。 【實施方式】 本案較佳之實施例，請參閱第1圖至第5圖，圖中: 示者均為本創作所選用之較佳實施例，在此僅供說明之 ’於專利申請上並不拘限於此種結構。 > 本實施例揭示一種超精密加工機刀具旋轉之自補償 步精密定位I置，請先參閱第m圖所示，其中 工機具有-主軸；L 1，用以設置待切削之工件二乂 於可切削加工件之相對侧具有一刀昱 / ^工. " 务座1 2，刀呈庙1 係供帶動一刀具1 3作切削進給，兮η ;刀具1 3係設於一 動座1 4上，於活動座1 4二端分別樞< 5，且各電致元件15之另一端固定 干 ^ 亥刀具座1 9。 “電致元件1 5以電性連接一控制單--9 ^ ^ k 早疋2所控制，控制 π2並電性連接一感測元件3，感 Ί 疋件3具一感測通 1，感測頭3i係可伸縮於該感測 ~】貝 蒋却缺ffi /由Α ^ ϋ,· 3内’俾供感測 移訊號再傳遞至該控制單元2轉換 相咕 、传電致元件1 5之控 而提供給該電致元件i 5作進给控制。 其中’本實施例較佳之電致元株 r丄5係以壓電元件 7 M328338 例，根據壓電元件之工作原理，其係藉由提供電壓之變化 而改變壓電元件伸縮量的變化；由此壓電原理可知，當施 加一應力T和加入一電場E於壓電材料時，壓電材料因應 力而產生一應變S，使原子產生一位移，形成電偶極Pi， 亦即： ^ Pi=e · s . 其中，e係為壓電應力常數；而電場E與壓電材料產 φ 生電位移Dc的關係為：

De=e · E 其中，e係為介電係數；則應力T和電場E造成壓電 材料之總位移D的關係為：

D=e · S+e · E 而於本實施例之應用上，係利用壓電材料之逆壓電效 應，亦即外加一電場於壓電材料二端時，使壓電材料因產 • 生電偶極而發生形變，以達到控制電致元件之目的；當供 w 給2 0 0伏特電壓時會產生1 //m之電致伸縮量，因此當 控制單元供給之電壓產生0. 1伏特之電壓變化時，電致元 件便會產生0. 5 /z m的電致伸縮量。 再者，前述活動座1 4係於其兩端分別樞設有電致元 件1 5來與該刀具座1 2結合，而各電致元件1 5係受控 制單元2所控制驅動，因此當該二電致元件1 5被控制同 步作電致伸縮時，活動座1 4將會帶動刀具1 3作Z軸方 8 M328338 向的直線進給。而當該二電致元件1 5被控制作非同步之 電致伸縮時，便會因該二電致元件1 5之電致伸縮量不 同，而使該活動座1 4帶動刀具1 3作Z軸方向的偏擺進 給，如第3圖所示。 再來，請參閱第4至5圖所示，以利用於加工凸輪槽為 * 例；其中，該凸輪4之凸輪槽4 1於主轴之轉動角度介於 • 0度〜9 0度之間時，該控制單元2會控制驅動前述二電 ® 致元件1 5使刀具1 3由未偏擺位置逐漸移動而朝向左偏 擺，且於9 0度〜1 8 0度之間時，其刀具1 3仍會逐漸 向左偏擺；然而，於1 8 0度〜2 7 0度之間時，刀具1 3再從右偏擺狀態回復而朝向右偏擺，而在270度〜0 度之間時，刀具1 3則會再繼續逐漸向右偏擺，且凸輪旋 轉回復至0度時，則刀具1 3亦同時回復至未偏擺之位 -^置，以該控制單元2控制驅動該二電致元件1 5使刀具1 ^ 3偏擺之變化量，如此即能於凸輪4加工出一完整循環之 凸輪槽4 1。 相對的，於另一侧之感測元件3而言，其係利用前述 感測頭3 1抵於凸輪4設置切削刀具1 3之另一侧，感測 頭3 1以可伸縮的感測位移，供感測元件3轉換為位移訊 號，並傳遞至該控制單元2。於加工同時，其係抵於凸輪 4相距切削刀具1 8 0度之相對侧，經由凸輪4旋轉時以 9 M328338 感測所切減之尺寸，以使感測元件感咖位移訊號後， 連續傳遞至該控制單元2，以供控制單元2作校正錄， 而可改變提供至該二電致元Μ 5之電壓，加以補正切削 之誤差’如此即能加卫出-完整循環且精確的凸輪槽。 綜上所迷 ，- 树明料於絲動座的兩齡別設有一 電致元件’以及感測元件用以感測加工件之位移，該二電 致元件與該感測元件均電性連接於—控制單元㈣到回授 (feedbad〇的仙，其可經由控制單元作精確控制，經 由該-電致兀件之電致伸縮量達fij精確定位刀具於2轴方 向變化之抛，以使刀具之進給量可達到超精密之控制。 如上所揭示之實施例是用以說明本創作，而非用以拘 限本創作’故舉凡數值之變更或#效元件之替換等仍應隸 屬本創作之糾’且由以上詳細朗，可使熟知本項技藝 者得以明瞭本創作確實可達成前述目的，均已符合專利法 之規定’羑提出專利申請。 【圖式簡單說明】 第1圖係本創作之平面示意、® 第2圖係本創作之電性連接示意圖 第3圖係本創作之電致元件與刀具之電致伸縮關係示 第4圖係本創作可用於切削之凸輪立體圖 第5圖係本創作於切削凸輪之切削狀態示意圖 【主要元件符號說明】 M328338 (本創作部分） 主軸1 1 刀具1 3 電致元件15 感測元件3 刀具座1 2 活動座1 4 控制單元2 感測頭3 1

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Claims (1)

1. M328338 九、申請專利範圍： 1·一種超精密加工機刀具旋轉之自補償同步精密定位裝 置，該加工機具一刀具座，刀具座係供帶動一刀具作 切削進給，該刀具係設於一活動座上，於活動座二端 分別樞設有一電致元件，且各電致元件之另一端固定 於該刀具座，各該電致元件以電性連接一控制單元所 控制，控制單元並電性連接一感測元件，感測元件具 一感測頭，俾供感測位移訊號再傳遞至該控制單元轉 換為電致元件之控制訊號，而提供給該電致元件作進 給控制。 2·依申請專利範圍第1項所述之超精密加工機刀具旋轉 之自補償同步精密定位裝置，其中該電致元件係為一 壓電元件。 12