TWM331406U - Self-compensating synchronous precision positioning device for Z-axis of ultra-precision processing machine - Google Patents

Description

M331406 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z軸之自補償同步精 密定位裝置，尤指一種藉由電致元件之電致伸縮作用達到 控制z軸與主軸同步微定位之裝置。 【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、以及達到奈米級 之精度為目標。 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，而實際上其工件之精 密度，主要取決於刀具之直線運動，以藉由X、Y、Z此 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 ( Computer 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 圓形之工件，如凸輪此類之元件，需於極短之時間内作切 5 M331406 削進給之變化，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翻素而致使加工精 2不如預期，且若為能精確定位加玉，需有補正裝置，以 有效執行。 ^ 【新型内容】 本創作之百要目的，在於解決上述的問題而揭示一種 超精密加工機Z軸之自補償同步精密定位裝置，其係藉由 =號控制進給量之電致元件，以及❹彳元件心感測加工 彳之位移，該二元件均電性連接於—控制單元進階形成回 杈（feedback)作用，其可精確控制刀具之進給量，以達 到超精密之精度要求。 ‘ 鱗前述之目的，本創作係包括-加工機，該加工機 具-刀具座，刀具座係供帶動一刀具作切削進給，且該刀 具座與該刀具係以-電致元件連接，俾供加工設於加工機 主轴之卫件，該電致元件係藉由電性連接—控制單元所控 制’控制單元係電性連接-感測元件，該感測元件具一感 測頭可抵設於主軸之工件表面，以感測主軸工件旋轉時^ 生之位移訊號，經由該控制單元轉換為主軸旋轉之角产二 號’而提供給該電致元件作控制。 X & 不難從下述所選用 本創作之上述及其他目的與優點 M331406 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，且於附圖 中展示其構造。 【實施方式】 本案較佳之實施例，請參閱第1圖至第4圖，圖中揭 示者均為本創作所選用之較佳實施例，在此僅供說明之用 ，於專利申請上並不拘限於此種結構。 本較佳實施例係揭示一種超精密加工機Z軸之自補償 同步精密定位裝置，其係應用於車削加工機之相關構件上 ，該加工機（未標號）具有一主軸1 1，用以固定一待加 工之工件G，加工機於鄰近工件G—側具有一刀具座1 2 ，刀具座1 2係供帶動一刀具1 3作切削進給，且該刀具 座1 2與該刀具1 3係以一電致元件2連接，俾供加工設 於加工機主轴之工件G。 該電致元件2係藉由電性連接一控制單元3所控制， 控制單元3供設定所需之進給量控制訊號。控制單元3並 電性連接一感測元件4，該感測元件4具一感測頭4 1可 抵設於主軸之工件G表面，該感測頭4 1可伸縮於感測元 件4内，以感測主軸工件G旋轉時產生之位移訊號。位移 訊號可經由該控制單元3轉換調整為主軸旋轉之控制訊號 ，而提供給該電致元件2作進給量之控制。 於本實施例中，該電致元件2係以一壓電元件為例。 根據，壓電原理可知，當施加一應力T和加入一電場E於 7 M3 31406 一應變S，使原子產 壓電材料時，壓電材料因應力而產生 生位移’形成電偶極P i，亦即：

Pi=e · s :、中’ e係為壓電應力常數；而電場E與壓電材料產 生電位移Dc的關係為··

De=e · E 籲

'、中’ 6係為介電係數；職力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-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2之目的；如 此來，當於壓電材料加以〇 · 1伏特之電壓時，即可使 電致轉2產生Q · 5 //m的變形量，如第3圖所示。 明參閱第4圖，係表示本創作於加工一工件〇之示意 圖，圖示以一凸輪為例，其中，於該工件G定義有〇度、 9〇度、180度、270度，當工件G旋轉時，先是由 上，轉至9 0度，同時，刀具工3以藉由於控制單元3所 叹=之控制訊號，而經由電致元件2之形變以增加切削進 給量（Z軸）；而當9 〇度轉至2 7 〇度時，則保持進給量 並未改變；再來，當自2 7 0度轉至0度時，則控制訊號 將使電致元件2減少刀具之切削進給量，以符合工件於〇 度時之形狀精度。 、 相對的，於工件G另一側之感測元件4，係可經由該 8 M3 31406 感測頭4 1之平移作用，經由工件G之旋轉而徑向推動感 測頭4 1，以使其感測位移轉換為訊號而由感測元件4傳 送位移訊號至控制單元3，在此同時，控制單元3並與所 設定之角度控制訊號作比較補正，再傳輸至該電致元件 作進給動作，俾能確實達到進一步防止誤差，以符合命 之精密度。 〇厅需 、綜上所述，以藉由訊號控制進給量之電致元件，以 感剛元件用以感測加工件之位移，該二元件均電性連接二 控制單元進階形成回授（feedback)作用，其可精確控制 刀具之進給量，以達到超精密之精度要求。 工 如上所揭示之實施例是用以說明本創作，而非用以拘 2創作，故舉凡數值之變更或等效元件之替換等仍應隸 創作之|巳鳴’且由以上詳細說明，可使熟知本項技蔽 、，明瞭本創作確實可達成前述目的，均已符合專利: <規定，爰提出專利申請。 % 【圖式簡單說明】 第1圖係本創作之平面示意圖 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圖係本創作於削狀態之端面示意圖 【主要元件符號說明】 (本創作部分） 主軸1 1 9 M331406

刀具座1 2 刀具1 3 電致元件2 控制單元3 感測元件4 感測頭4 1 工件G

Claims (1)

1. M331406 九、申請專利範圍： 1 · 一種超精密加工機Z軸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，且該刀具座與該刀具係以一電致元件連接，俾 供加工設於加工機主軸之工件，該電致元件係藉由電 性連接一控制單元所控制，控制單元係電性連接一感 測元件，該感測元件具一感測頭可抵設於主軸之工件 表面，以感測主軸工件旋轉時產生之位移訊號，經由 該控制單元轉換為主軸旋轉之角度訊號，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Z軸之自 補償同步精密定位裝置，其中該電致元件係為一壓電 元件。 11