專利名稱：一種基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置，特別涉及一種用金剛石刀具通過快刀伺服原理加工光學自由曲面的進刀裝置，具體涉及基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)和預應カ薄膜的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置。屬于頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)光學自由曲面的精確加工，精確、穩(wěn)定的進給機構(gòu)顯得尤為重要，因為它與產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)。另外，復雜光學自由曲面由于體積小，精度高更是對進給機構(gòu)提出了嚴格的要求。因此，性能優(yōu)良的快速伺服系統(tǒng)就成為加工這樣曲面的一個不錯的選擇。在快速伺服系統(tǒng)中，常用的驅(qū)動裝置主要有四種洛倫茲カ驅(qū)動器、壓電裝置、磁致伸縮致動器和正應カ電磁驅(qū)動器。常用的導向機構(gòu)有空氣軸承和柔性鉸鏈。目前，已有學者對快速伺服系統(tǒng)進行了研究并取得了ー些成果。比如在刀具驅(qū)動方面，采用音圈電機。音圈電機 具有高頻響、高精度、高加速率等特點，它的控制簡單可靠，無需換向裝置，壽命長，特別適合用于短行程的閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。在位移補償方面，則采用壓電驅(qū)動器。壓電驅(qū)動器具有功耗低、產(chǎn)生カ大、響應快等特點，因此是ー個很好的位移補償裝置。這樣，在音圈電機與壓電驅(qū)動器的配合下，快速伺服刀具就能實現(xiàn)預期的運動。另外，雖然壓電驅(qū)動器在軸線方向上能夠承受很大的壓應力，但拉應力剪切力及扭轉(zhuǎn)カ卻很容易導致其發(fā)生損壞，不能直接用來驅(qū)動金剛石刀具。因此，柔性鉸鏈廣泛運用在快速伺服系統(tǒng)中，它能將壓電驅(qū)動器的高頻運動準確傳遞給刀具，同時能消除了加工過程中壓電驅(qū)動器可能受到的非軸向力，以避免其受到破壞。現(xiàn)有伺服進刀裝置一般通過音圈電機直接驅(qū)動長沖程柔性鉸鏈與刀具，負載過大。若用音圈電機的伸出軸直接帶動長沖程柔性鉸鏈、刀具一起作直線運動，會使得整個切削負載太大，慣性大，影響加工精度，同時長沖程柔性鉸鏈在蠕動變形情況下也會影響加工質(zhì)量。壓電驅(qū)動則位移過小，位移放大機構(gòu)產(chǎn)生不需要的位移和頻率固定的特點，難于滿足光學自由曲面加工的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種減小快速伺服刀具的慣性，易于控制好刀具的切削力，提高切削質(zhì)量的基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置。本發(fā)明切削速度高，沖擊カ小，切削質(zhì)量高。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置，包括有基座、預應カ薄膜、刀具支架、旋轉(zhuǎn)梁和壓電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器的一端固定在基座上，壓電驅(qū)動器的另一端安裝在旋轉(zhuǎn)梁上，旋轉(zhuǎn)梁的一端通過柔性鉸鏈固定在基座上，旋轉(zhuǎn)梁的另一端通過柔性鉸鏈固定在刀具支架上，用于安裝刀具的刀具支架與預應カ薄膜連接，預應カ薄膜的兩端分別與基座連接，且基座、預應カ薄膜、刀具支架和旋轉(zhuǎn)梁為一體式結(jié)構(gòu)。上述預應カ薄膜設有兩根，兩根預應カ薄膜平行設置。本發(fā)明由于采用壓電驅(qū)動器作為驅(qū)動元。壓電驅(qū)動器的一端固定在基座上，另ー端固定在旋轉(zhuǎn)梁上，而旋轉(zhuǎn)梁的一端通過柔性鉸鏈聯(lián)接在基座上，另一端通過柔性鉸鏈與刀具支架聯(lián)接的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)梁的在壓電驅(qū)動器的驅(qū)動下相對于基座做微小的旋轉(zhuǎn)運動，而在旋轉(zhuǎn)梁的另一端被放大適當?shù)谋稊?shù)。所以，刀具支架在柔性鉸鏈的驅(qū)動下，在水平方向產(chǎn)生較大位移量，同時，兩組預應カ薄膜有效減小了刀具支架在垂直方向的位移。另外，可以通過調(diào)節(jié)加在預應カ薄膜上的預緊カ來調(diào)節(jié)進刀裝置固有頻率。本發(fā)明具有如下顯著的特點
I)采用壓電驅(qū)動器來驅(qū)動快速伺服刀具在水平方向精密進給，充分利用了壓電驅(qū)動器功耗低、產(chǎn)生カ大、響應快等優(yōu)點，并通過旋轉(zhuǎn)梁、刀具支架和柔性鉸鏈組成的放大機構(gòu)將壓電驅(qū)動器的位移放大。
2)采用預應カ薄膜對稱張力作用力及刀具支架的變形來減小刀具支架在垂直方向上的位移。3)通過預應力薄膜的預緊カ調(diào)節(jié)實現(xiàn)進刀裝置結(jié)構(gòu)頻率的調(diào)整，滿足不同伺服頻率的需要。整個機構(gòu)的運動部件相對較輕，具有慣性小、速度快等特點。本發(fā)明可以減小快速伺服刀具的慣性，易于控制好刀具的切削力，提高切削質(zhì)量。本發(fā)明中壓電驅(qū)動器通過柔性放大機構(gòu)直接驅(qū)動的部件相對較輕，切削速度高，沖擊カ小，切削質(zhì)量高。同時，該結(jié)構(gòu)采用預應カ薄膜來減小垂直方向的位移，并通過預應カ的調(diào)整來改變進刀裝置的固有頻率，調(diào)節(jié)簡單方便。本發(fā)明是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中壓電驅(qū)動器工作在最大位移處時的狀態(tài)圖。
具體實施例方式實施例
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2所示，本發(fā)明的基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置，包括有基座I、預應カ薄膜2、刀具支架3、旋轉(zhuǎn)梁4和壓電驅(qū)動器5，壓電驅(qū)動器5的一端固定在基座I上，壓電驅(qū)動器5的另一端安裝在旋轉(zhuǎn)梁4上，旋轉(zhuǎn)梁4的一端通過柔性鉸鏈固定在基座I上，旋轉(zhuǎn)梁4的另一端通過柔性鉸鏈固定在刀具支架3上，用于安裝刀具的刀具支架3與預應カ薄膜2連接，預應カ薄膜2的兩端分別與基座I連接，且基座I、預應カ薄膜2、刀具支架3和旋轉(zhuǎn)梁4為一體式結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)梁4上的柔性鉸鏈直接在旋轉(zhuǎn)梁4上做出。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)除壓電驅(qū)動器5タト，其余部分是一體式結(jié)構(gòu)，由整塊材料經(jīng)過銑削和電火花加工獲得。本實施例中，上述預應カ薄膜2設有兩根，兩根預應カ薄膜2平行設置。壓電驅(qū)動器5變形產(chǎn)生的位移作用到旋轉(zhuǎn)梁4上，帶動旋轉(zhuǎn)梁4的轉(zhuǎn)動，并將放大壓電驅(qū)動器5的位移，旋轉(zhuǎn)梁4將放大位移傳遞給刀具支架3，即旋轉(zhuǎn)梁4通過柔性鉸鏈帶動由兩個預應力薄膜2支撐的刀具支架3運動，由于預應力薄膜2的牽制作用，刀具支架3垂直方向的運動被抑制，產(chǎn)生的主要運動是快刀伺服所需的水平方向的運動。另外，刀具支架3的運動振幅和頻率與兩組薄膜2的ー階彎曲頻率相關(guān)，可以很容易通過調(diào)節(jié)加在預應カ薄膜2的預緊力，從而改變快刀伺服系統(tǒng)的固有頻率，實現(xiàn)固有頻率的調(diào)節(jié)，以適應壓電執(zhí)行器不同驅(qū)動頻率的需要。本發(fā)明的工作原理如下
本發(fā)明進刀裝置的工作次序主要包括進刀、退刀。I、進刀過程當施加電壓時，壓電驅(qū)動器5變長，從而推動旋轉(zhuǎn)梁4繞基座I轉(zhuǎn)動，同時將壓電驅(qū)動器5的位移放大，并將放大位移傳遞給刀具支架3，刀具支架3則帶動安裝在其上的刀具進行進給。2、退刀過程當斷電或施加反向電壓，壓電驅(qū)動器5反向運動，刀具支架3在預應力薄膜2的恢復力作用下向左運動，同時拉動旋轉(zhuǎn)梁4反向擺回，實現(xiàn)退刀過程。 這樣，通過改變壓電驅(qū)動器5施加電壓的大小和方向，可不斷實現(xiàn)進刀、退刀。
權(quán)利要求
1.一種基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置，其特征在于包括有基座(I)、預應カ薄膜(2)、刀具支架(3)、旋轉(zhuǎn)梁(4)和壓電驅(qū)動器(5)，壓電驅(qū)動器(5)的一端固定在基座(I)上，壓電驅(qū)動器(5)的另一端安裝在旋轉(zhuǎn)梁(4)上，旋轉(zhuǎn)梁(4)的一端通過柔性鉸鏈固定在基座(I)上，旋轉(zhuǎn)梁(4)的另一端通過柔性鉸鏈固定在刀具支架(3)上，用于安裝刀具的刀具支架(3)與預應カ薄膜(2)連接，預應カ薄膜(2)的兩端分別與基座(I)連接，且基座(I)、預應カ薄膜(2)、刀具支架(3)和旋轉(zhuǎn)梁(4)為一體式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置，其特征在于上述預應カ薄膜(2)設有兩根，兩根預應カ薄膜(2)平行設置。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于柔性鉸鏈放大機構(gòu)的頻率可調(diào)快速伺服進刀裝置。包括有基座(1)、預應力薄膜(2)、刀具支架(3)、旋轉(zhuǎn)梁(4)和壓電驅(qū)動器(5)，壓電驅(qū)動器(5)的一端固定在基座(1)上，壓電驅(qū)動器(5)的另一端安裝在旋轉(zhuǎn)梁(4)上，旋轉(zhuǎn)梁(4)的一端通過柔性鉸鏈固定在基座(1)上，旋轉(zhuǎn)梁(4)的另一端通過柔性鉸鏈固定在刀具支架(3)上，用于安裝刀具的刀具支架(3)與預應力薄膜(2)連接，預應力薄膜(2)的兩端分別與基座(1)連接，且基座(1)、預應力薄膜(2)、刀具支架(3)和旋轉(zhuǎn)梁(4)為一體式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可減小快速伺服刀具的慣性，易于控制好刀具的切削力，且切削速度高，沖擊力小，切削質(zhì)量高。另外，可以通過調(diào)節(jié)加在預應力薄膜上的預緊力來調(diào)節(jié)進刀裝置固有頻率。
文檔編號B23Q5/28GK102825490SQ20121025052
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者楊志軍, 陳新, 陳新度, 楊海東, 劉強, 李克天, 王晗 申請人:廣東工業(yè)大學