專利名稱：基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種用于車削非圓截面零件的基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，屬 于車床的一種進(jìn)給裝置。
背景技術(shù)：
:隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高精密加工技術(shù)也在持續(xù)進(jìn)步，非圓截面零件車削加工技術(shù)的發(fā)展 也越來越快。相比較圓截面零件，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的非圓截面零件具有承載能力大、使用壽命長、節(jié) 省原材料、可實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動功能等特點(diǎn)，在宇航、航空、汽車、機(jī)床等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。
在非圓截面零件的加工技術(shù)中，關(guān)鍵是如何控制刀具與工件之間的相對進(jìn)給運(yùn)動關(guān)系和相對位 移精度。隨著精密數(shù)控車削技術(shù)的發(fā)展，自動切削非圓截面零件已成為可能。相比較圓形零件的車 削，非圓截面零件車削時(shí)必須配置高精度的往復(fù)進(jìn)給裝置，車削非圓截面零件的效率和精度直接受 往復(fù)進(jìn)給裝置的頻響、位移精度以及動態(tài)剛度等特性的影響。所以要實(shí)現(xiàn)非圓截面零件的高效率車 削，高頻響、大行程往復(fù)經(jīng)給機(jī)構(gòu)是必不可少的。在非圓截面零件車削加工過程中，進(jìn)給刀具在進(jìn)給過程中出現(xiàn)過沖、滯后、振動等都會導(dǎo)致加工誤差。綜上所述，在車削過程中，精密微進(jìn)給裝置的運(yùn)行過程成為關(guān)鍵。這就要求進(jìn)給裝置具有很高 的響應(yīng)速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)微量進(jìn)給，保證微進(jìn)給裝置的超調(diào)量在允許的加工誤差范圍內(nèi)。在加工過程中，微進(jìn)給裝置既要克服車削阻力，又要驅(qū)動進(jìn)給組件克服慣性力、阻尼力、產(chǎn)生 足夠的加速度，保證精確的位移量。而進(jìn)給裝置的運(yùn)動質(zhì)量、阻尼系數(shù)、剛度系數(shù)以及車削力傳遞 都直接影響進(jìn)給裝置的動態(tài)剛度，進(jìn)給裝置運(yùn)行過程的平穩(wěn)性能也將直接影響工件的加工精度與表 面質(zhì)量。進(jìn)給系統(tǒng)在切削過程中產(chǎn)生的顫振，將使工件與刀具之間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動。進(jìn)給裝置 的抗振性愈差，則產(chǎn)生的附加相對位移愈大，加工誤差愈大，表面質(zhì)量愈低。進(jìn)給裝置的運(yùn)行平穩(wěn)性直接影響工件的加工誤差和表面質(zhì)量，因此對非圓截面零件車削的進(jìn)給 裝置必須將振動控制在允許的范圍之內(nèi)。零件的性能和壽命直接受機(jī)械加工零件的影響，非圓截面零件尤其如此。加工精度，是在生產(chǎn) 過程中著重需要解決的問題。要實(shí)現(xiàn)非圓截面零件的精密車削加工，就必須解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。1、研制出高頻響、大行程微進(jìn)給裝置在用普通的電機(jī)驅(qū)動刀具進(jìn)給的時(shí)候,需要用機(jī)械或者液壓機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成刀具的直線運(yùn)動，但是機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)行的時(shí)候慣性大，難以在高速下保證精密的進(jìn)給運(yùn)動，并且
電機(jī)與刀具之間的傳動誤差嚴(yán)重影響了工件的車削精度。
因此，在非圓截面零件的車削加工中，如果沒有高頻響、高精度、大行程的微進(jìn)給裝置， 則無法車削出符合要求的非圓截面零件，盡管超磁致伸縮致動器作為車床的進(jìn)給補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，已 經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用，但它只是作為進(jìn)給的誤差補(bǔ)償，輸出位移極小，所以不能直接用來切削工件。 2、配備精密數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控技術(shù)利用數(shù)字化控制系統(tǒng)在機(jī)床上完成整個(gè)零件的加工，可提高復(fù)雜零件、小批量零 件的自動化生產(chǎn)效率，可使機(jī)械制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度、高效率。在非圓截面零件所需要的高精 度、高柔性、高效率車削加工中，精密數(shù)控技術(shù)是不可缺少的，并且數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控精度必須 符合零件加工精度的要求。
在非圓截面零件的加工中，現(xiàn)有的技術(shù)無法滿足要求，尤其是精度方面無法準(zhǔn)確保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種響應(yīng)頻率高、位移范圍大、 控制精度高，適合于車削非圓截面零件的高精密的往復(fù)進(jìn)給裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給 裝置，包括一超磁致伸縮致動器構(gòu)成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、位移放大機(jī)構(gòu)以及一執(zhí)行刀具，所述的超磁致伸 縮致動器包括線圈、線圈骨架、超磁致伸縮棒、外殼以及導(dǎo)桿，所述的線圈繞制在所述的線圈骨架 上，所述的超磁致伸縮棒設(shè)置在線圈骨架的中心孔內(nèi)，所述的導(dǎo)桿的一端與超磁致伸縮棒連接，導(dǎo) 桿的另一端與位移放大機(jī)構(gòu)的輸入端連接，位移放大機(jī)構(gòu)的輸出端連接執(zhí)行刀具。
所述的位移放大機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)擺桿，該擺桿的一端與殼體鉸接，擺桿的中部與導(dǎo)桿連接， 擺桿的自由端與刀具連接。
在所述的擺桿的中部開設(shè)有第一凹槽，在擺桿的自由端設(shè)置有第二凹槽，所述的導(dǎo)桿的前端為 第一弧形面，所述的刀具與放大機(jī)構(gòu)的連接端為第二弧形面，所述的第一弧形面設(shè)置在第一凹槽內(nèi)， 所述的第二弧形面設(shè)置在第二凹槽內(nèi)。
所述的位移放大機(jī)構(gòu)的位移放大倍數(shù)為10 100倍。
本發(fā)明超磁致伸縮致動器的超磁致伸縮棒采用高性能的稀土-鐵超磁致伸縮材料，它除了具有 高的磁致伸縮性能外，還具有輸出功率大、能量密度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以解決高頻響和精 密控制的要求。放大機(jī)構(gòu)可以將超磁致伸縮棒輸出的幾絲的位移放大到毫米級，從而使進(jìn)給裝置的 輸出位移足夠大。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明采用超磁致伸縮致動器進(jìn)行驅(qū)動，可以滿足高頻響的要求，并可以在采用閉環(huán)反饋 控希!l，在做高速往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)，保證了輸出位移的精度?？紤]到超磁致伸縮棒的輸出位移較小，
在中間加上了放大機(jī)構(gòu)，保證了輸出大位移的要求，完全可以滿足實(shí)際加工的需要。
2、 本發(fā)明的位移放大機(jī)構(gòu)采用擺桿，利用杠桿原理，輸入端的位置距轉(zhuǎn)軸近，輸出端距轉(zhuǎn)軸 遠(yuǎn)，從而將小的位移放大城數(shù)倍的大位移，而且擺桿為剛性，在位移放大的同時(shí)，沒有微變形產(chǎn)生 的誤差位移，輸出位移精度高。
3、 在擺桿與導(dǎo)桿和刀具的連接處，均加工有凹槽，從而將導(dǎo)桿和刀具設(shè)置在凹槽內(nèi)，并通過 設(shè)置在導(dǎo)桿和刀具上的弧形面緊貼凹槽，提高力傳遞的精度，有效防止了剛性傳遞時(shí)的打滑或者作 用不可靠。


圖1是本發(fā)明基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2本發(fā)明磁致伸縮致動器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明放大機(jī)構(gòu)擺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種進(jìn)給裝置，參見圖1、 2，包括殼體4，在殼體4內(nèi)設(shè)置有一超磁致伸縮致動器1構(gòu)成的驅(qū) 動機(jī)構(gòu)、位移放大機(jī)構(gòu)2以及一執(zhí)行刀具3，超磁致伸縮致動器1包括線圈11、線圈骨架12、超 磁致伸縮棒13、外殼14以及導(dǎo)桿15，線圈11繞制在所述的線圈骨架12上，超磁致伸縮棒13套 在線圈骨架12的中心孔內(nèi)，導(dǎo)桿15的一端與超磁致伸縮棒13連接，導(dǎo)桿15的另一端與位移放大 機(jī)構(gòu)2連接，位移放大機(jī)構(gòu)2包括至少一個(gè)擺桿21，所述的位移放大機(jī)構(gòu)2的位移放大倍數(shù)為10 100倍。導(dǎo)桿15與擺桿21的一側(cè)連接，擺桿21的另一側(cè)連接執(zhí)行刀具3，在殼體4內(nèi)還設(shè)置有復(fù) 位拉伸彈簧5，彈簧5與刀具連接，在本實(shí)施例中位移放大機(jī)構(gòu)2的擺桿21為4個(gè)，通過這4個(gè) 擺桿21 ，導(dǎo)桿15輸出的位移已經(jīng)由中間放大機(jī)構(gòu)2放大54倍由刀具3輸出。
如圖3所示，在擺桿21的中部開設(shè)有第一凹槽211，在擺桿21的自由端設(shè)置有第二凹槽212。 如圖2所示，導(dǎo)桿15的前端為第一弧形面151，弧形面151也可以是與刀桿15焊接的半圓柱的外 圓面，所述的刀具3與放大機(jī)構(gòu)2的連接端為第二弧形面31，弧形面31也可以是與刀具3焊接的 半圓柱的外圓面，所述的第一弧形面151設(shè)置在第一凹槽211內(nèi)，所述的第二弧形面31設(shè)置在第 二凹槽212內(nèi)，在中間擺桿21的凹槽內(nèi)設(shè)置圓柱22。
本發(fā)明的工作過程如下
首先建立坐標(biāo)系，將工件的外形輪廓在坐標(biāo)系上形成以加工曲線，并將該曲線轉(zhuǎn)成電信號，后 輸出給線圈，線圈通電后產(chǎn)生磁能，致使超磁致伸縮棒伸長產(chǎn)生位移，從而推動導(dǎo)桿運(yùn)動，再將位 移傳遞到圓柱，同時(shí)圓柱推動擺桿，傳遞到圓柱、擺桿、圓柱、擺桿，最終由刀具輸出位移，而此 時(shí)由導(dǎo)桿輸出的位移己經(jīng)由中間放大機(jī)構(gòu)放大54倍由刀具輸出。
權(quán)利要求
1、一種基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，其特征在于包括一殼體(4)，在該殼體(4)內(nèi)設(shè)置有超磁致伸縮致動器構(gòu)成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(1)、位移放大機(jī)構(gòu)(2)以及一執(zhí)行刀具(3)，所述的超磁致伸縮致動器(1)包括線圈(11)、線圈骨架(12)、超磁致伸縮棒(13)、外殼(14)以及導(dǎo)桿(15)，所述的線圈(11)繞制在所述的線圈骨架(12)上，所述的超磁致伸縮棒(13)設(shè)置在線圈骨架(12)的中心孔內(nèi)，所述的導(dǎo)桿(15)的一端與超磁致伸縮棒(13)連接，導(dǎo)桿(15)的另一端與位移放大機(jī)構(gòu)(2)的輸入端連接，位移放大機(jī)構(gòu)(2)的輸出端連接執(zhí)行刀具(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，其特征在于所述的 位移放大機(jī)構(gòu)(2)包括至少一個(gè)擺桿(21)，該擺桿(21)的一端與殼體(4)鉸接，擺桿(21) 的中部與導(dǎo)桿(15)連接，擺桿(21)的自由端與刀具(3)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，其特征在于在所述 的擺桿(21)的中部開設(shè)有第一凹槽(211)，在擺桿的自由端設(shè)置有第二凹槽(212)，所述的導(dǎo)桿(15)的前端為第一弧形面(151)，所述的刀具(3)與放大機(jī)構(gòu)(2)的連接端為第二弧形面(31)， 所述的第一弧形面(151)設(shè)置在第一凹槽(211)內(nèi)，所述的第二弧形面(31 )設(shè)置在第二凹槽(212) 內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，其特征在于所述的 擺桿(21)至少為兩個(gè)，在兩個(gè)擺桿(21)的連接處分別設(shè)置有凹槽，且在凹槽內(nèi)設(shè)置有圓柱(22)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，其特征在于所述的 位移放大機(jī)構(gòu)(2)的位移放大倍數(shù)為1Q 100倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超磁致伸縮致動器的非圓切削進(jìn)給裝置，包括一超磁致伸縮致動器驅(qū)動機(jī)構(gòu)、位移放大機(jī)構(gòu)以及一執(zhí)行刀具，超磁致伸縮致動器包括線圈、線圈骨架、超磁致伸縮棒、外殼以及導(dǎo)桿線圈繞制在線圈骨架上，超磁致伸縮棒設(shè)置在線圈骨架的中心孔內(nèi)，導(dǎo)桿的一端與超磁致伸縮棒連接，導(dǎo)桿的另一端與位移放大機(jī)構(gòu)的輸入端連接，位移放大機(jī)構(gòu)的輸出端連接執(zhí)行刀具。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用超磁致伸縮致動器進(jìn)行驅(qū)動，可以滿足高頻響的要求，并可以在采用閉環(huán)反饋控制，在做高速往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)，保證了輸出位移的精度。考慮到超磁致伸縮棒的輸出位移較小，在中間加上了放大機(jī)構(gòu)，保證了輸出大位移的要求，完全可以滿足實(shí)際加工的需要。
文檔編號B23Q5/22GK101337280SQ20081002161
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者王興松, 霍中良 申請人:東南大學(xué)