基于压电马达驱动的定心式锁紧机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将压电马达驱动应用于定心式锁紧机构，涉及到机床及加工中心的自动装夹机构装备技术领域。
【背景技术】
[0002]定心式锁紧机构在各种机床和加工中心的夹具设计中经常使用，其最基本的功能就是在工件加工过程中对工件进行定位夹紧。为了实现自动化加工过程，需要给锁紧机构配备动力源，以实现自动锁紧过程。目前成熟的自动锁紧机构均采用旋转电磁电机作为驱动元件，由于电磁电机输出运动为旋转运动，转速较高、出力小，一般需要配合减速器和传动机构以实现减速、增力和运动转换的目的，这使得驱动结构非常复杂，制作成本高。并且，在加工中心这种大型设备中存在各种电磁场，外部电场的存在也会影响电机的正常工作，同时电磁电机工作过程中会产生电磁干扰，这使得需要进行抗干扰设计，增加了整个系统的复杂度。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决现有的电磁电机驱动型锁紧机构结构复杂、存在电磁干扰的问题。现提供基于压电马达驱动的定心式锁紧机构。
[0004]基于压电马达驱动的定心式锁紧机构，它包括四个夹爪、限位板、夹具体、四个弹簧、楔头驱动轴、两个出轴套筒、电机固定板和压电马达，
[0005]夹具体为上端开口的正方体结构，且夹具体四个侧壁的顶端中部各设置有一个U型槽，每个U型槽内沿上下方向设置一个夹爪，且U型槽与夹爪通过螺栓进行铰接，四个夹爪的底端固定在一起；
[0006]每个夹爪的下端与一个弹簧的一端连接;每个弹簧的另一端分别与夹具体侧壁上的孔连接，
[0007]限位板与夹具体顶端的四个角固定连接，限位板用于将四个夹爪分隔开；
[0008]楔头驱动轴包括楔头和驱动轴，楔头位于驱动轴的顶端，
[0009]楔头驱动轴从下至上依次穿过两个出轴套筒和夹具体底端的中心位置，并通过楔头将楔头驱动轴连接在四个夹爪的底端的公共端，一个出轴套筒与夹具体底面的中心固定连接，另一个出轴套筒与电机固定板固定连接，电机固定板与夹具体底面固定连接，
[0010]压电马达包括上侧换能器、下侧换能器和竖直换能器，
[0011]竖直换能器的上、下两端分别设置上侧换能器、下侧换能器，上侧换能器的一端设置有一个驱动足，下侧换能器的一端设置有一个驱动足，竖直换能器的一端与上侧换能器的一个侧面垂直连接，竖直换能器的另一端与下侧换能器的一个侧面垂直连接，
[0012]楔头驱动轴上驱动轴的外表面从上至下依次与上侧换能器的驱动足和下侧换能器的驱动足紧密接触，
[0013]下侧换能器与电机固定板连接，
[0014]上侧换能器沿电机固定板上下滑动。
[0015]本发明的有益效果为:通过给压电马达上的压电陶瓷片施加正、反向电压，同时控制施加电压的时序，来达到驱动楔头驱动轴运动的目的。
[0016]当需要让锁紧机构执行锁紧功能时:
[0017]先给压电马达8的上侧换能器8-1的压电陶瓷片8-1-2通正向电压，上侧换能器8-1的驱动足8-1-1压紧楔头驱动轴，之后，给下侧换能器8-3的压电陶瓷片8-3-2通负向电压，下侧换能器8-3的驱动足8-3-1与楔头驱动轴分离，然后，给水平换能器8-2的压电陶瓷片8-2-1通正向电压，水平换能器8-2伸长，进而推动上侧换能器8-1向上运动，由于此时上侧换能器8-1与楔头驱动轴5处于压紧状态，在摩擦力的作用下带动楔头驱动轴5向上运动；
[0018]给压电马达8的下侧换能器8-3的压电陶瓷片8-3-2通正向电压，下侧换能器8-3的驱动足8-3-1压紧楔头驱动轴5，再给上侧换能器8-1的压电陶瓷片8-1-2通负向电压，上侧换能器8-1的驱动足8-1-1与楔头驱动轴5分离，之后，给水平换能器8-2的压电陶瓷片8-2-1通负向电压，水平换能器8-2收缩，上侧换能器8-1在滑块9作用下沿着滑块固定槽向下运动回位；
[0019]将上述过程反复进行，就可以使得楔头驱动轴5连续向上运动，弹簧4压缩，夹爪I的执行末端收缩，对工件进行夹紧。
[0020]同理，当需要让锁紧机构执行解锁功能时:
[0021]先给压电马达8的上侧换能器8-1的压电陶瓷片8-1-2通正向电压，上侧换能器8-1的驱动足8-1-1压紧楔头驱动轴，之后，给下侧换能器8-3的压电陶瓷片8-3-2通负向电压，下侧换能器8-3的驱动足8-3-1与楔头驱动轴分离，然后，给水平换能器8-2的压电陶瓷片8-
2-1通负向电压，水平换能器8-2缩短，进而推动上侧换能器8-1向下运动，由于此时上侧换能器8-1与楔头驱动轴5处于压紧状态，在摩擦力的作用下带动楔头驱动轴5向下运动；
[0022]给压电马达8的下侧换能器8-3的压电陶瓷片8-3-2通正向电压，下侧换能器8-3的驱动足8-3-1压紧楔头驱动轴5，再给上侧换能器8-1的压电陶瓷片8-1-2通负向电压，上侧换能器8-1的驱动足8-1-1与楔头驱动轴5分离，之后，给水平换能器8-2的压电陶瓷片8-2-1通正向电压，水平换能器8-2伸长，上侧换能器8-1在滑块9作用下沿着滑块固定槽向上运动回位；
[0023]将上述过程反复进行，就可以使得楔头驱动轴5连续向下运动，弹簧4在回复力作用下回弹，夹爪I的执行末端张开，对工件进行解锁。
[0024]本发明的基于压电马达驱动的定心式锁紧机构充分利用了压电马达具有的低速大转矩推力、响应速度快的优点实现了夹紧机构的直接驱动，省略了减速器、传动装置等中间组件，使得机构在结构上十分简单，既提高了机构工作的可靠性，又降低了成本，同时使加工装配工艺得以简化;压电马达是利用摩擦方式进行驱动的，不存在电磁干扰，也不必考虑电磁耐受，有效克服了传统电磁电机驱动锁紧机构存在的电磁兼容问题。并且，压电马达为直线电机，不需要轴承和润滑，避免了传统电磁电机驱动需要考虑轴承润滑、密封等问题。
[0025]本发明的基于压电马达驱动的定心式锁紧机构通过压电马达对定心式锁紧机构进行直接驱动，具有结构简单、成本低、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰、不用使用轴承和润滑、可靠性高等优点。
[0026]压电马达是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的新型驱动器。其定子通常是由压电陶瓷和金属弹性体组成的特定形状的复合弹性体，通过给压电陶瓷施加正反向交流或直流电压实现定子弹性体中机械变形，进而在定子驱动区域内质点形成具有驱动作用的运动轨迹，进一步通过定子和转子之间的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。和传统的电磁电机相比，压电马达具有低速大转矩推力、力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰、不用使用轴承和润滑、易于实现直线和多自由度电机等优点。
【附图说明】
[0027]图1为【具体实施方式】一所述的基于压电马达驱动的定心式锁紧机构的立体结构图；
[0028]图2为图1的剖视图；
[0029]图3为图1中压电马达的立体结构图。
【具体实施方式】
[0030]【具体实施方式】一:参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于压电马达驱动的定心式锁紧机构，它包括四个夹爪1、限位板2、夹具体3、四个弹簧4、楔头驱动轴5、两个出轴套筒6、电机固定板7和压电马达8，
[0031]夹具体3为上端开口的正方体结构，且夹具体3四个侧壁的顶端中部各设置有一个U型槽，每个U型槽内沿上下方向设置一个夹爪I，且U型槽与夹爪I通过螺栓进行铰接，四个夹爪I的底端固定在一起；
[0032]每个夹爪I的下端与一个弹簧4的一端连接;每个弹簧4的另一端分别与夹具体3侧壁上的孔连接，
[0033]限位板2与夹具体3顶端的四个角固定连接，限位板2用于将四个夹爪I分隔开；
[0034]楔头驱动轴5包括楔头和驱动轴，楔头位于驱动轴的顶端，
[0035]楔头驱动轴5从下至上依次穿过两个出轴套筒6和夹具体3底端的中心位置，并通过楔头将楔头驱动轴5连接在四个夹爪I的底端的公共端，一个出轴套筒6与夹具体3底面的中心固定连接，另一个出轴套筒6与电机固定板7固定连接，电机固定板7