一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置的制造方法
【专利摘要】一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，属于刀具伺服车削辅助装置技术领域，包括柔性铰链支架、传感器测量板、传感器支架、压电陶瓷致动器、金刚石刀具、调高装置移动平台和调高装置固定基座。本实用新型可以实现FTS装置的金刚石刀具沿Z轴方向进行高频自动往复运动，能达到0.3mm的行程，主要用于切削自由曲面车削、非回转对称面以及微结构功能表面。调高装置移动平台和调高装置固定基座，可以实现柔性铰链支架的升高与降低，调节范围从?10mm到10mm之间，调节精度为0.01mm。本实用新型可以放在主轴转角可控的高精密数控机床进行辅助精密切削，减少了刀具对刀的难度，减少了机床震颤的可能性。
【专利说明】
一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置
技术领域
[0001]本实用新型属于刀具伺服车削辅助装置技术领域，特别是涉及到一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置。
【背景技术】
[0002]光学自由曲面是非轴对称、不规则构造曲面，也就是没有对称轴的任意曲面。在机器装备系统、航空航天以及太空探测等领域应用广泛。除了其在军用工业领域的广泛应用夕卜，在民用方面例如太阳能吸收效率方面，摄像机、照相机的镜头尺寸方面都有其独到的应用。
[0003]目前，由于精密仪器的光学系统发展迅速，所要求的光学系统的尺寸越来越紧凑，在光路设计的时候需要考虑镜片尺寸的问题。利用自由曲面类元件取代普通光学元件已经是大势所趋，随着技术的不断完善光学自由曲面将会出现在各种精密光学系统中。由于光学自由曲面表面形状复杂，精度要求很高，现有金刚石车削机床很难满足其加工要求。进而衍生出对自由曲面，非回转对称曲面和微阵列微结构等的研究课题。
[0004]在加工工件表面的微结构方面，现在，已经有很多加工方法可以对自由光学曲面进行加工，包括以下主要加工方法:磨削、研磨与抛光;飞切加工;慢刀伺服车削(Slow toolservo ,STS)；快速刀具伺服加工(Fast Tool Servo，FTS)等。因为FTS辅助切削加工技术具有高带宽、高分辨率等特点，已经成为精密切削加工的一种主流技术。FTS技术与STS技术相类似，需要将装置安装在旋转主轴转角可控的高精密数控金刚石车床上实现，FTS装置与金刚石车床是两套相互独立的系统，可以使刀具在沿着Z轴方向上进行高速往复振动切削。其工作频率高，加工速度快，目前在自由曲面、非回转对称面和微阵列微结构功能等方面加工中应用较多。
[0005]FTS技术经过30年的发展，有了一个非常崭新的面貌，除了科研院所进行科学研究之外，许多国外公司也开发了许多相应的产品，但是现有许多产品的粗调都是通过加装垫片的形式实现的，加装垫片的形式和普通车刀安装对刀时用的方法一样，这种方法会导致安装过程中会在产品设计的同时设计许多不同厚度的垫片，而且厚度都要有严格的尺寸制造精度。在安装过程中如果刀具中心距离到主轴回转中心的距离过大会导致安装垫片的数量增加，这样FTS辅助车削装置在安装的过程中就会发生震颤等不利于加工的现象产生。所以设计一种可以通过自身结构实现FTS装置整体升降的功能是势在必行的。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，用来解决现有技术中FTS技术通过加装垫片的形式实现粗调，但是在安装的过程中会发生震颤等不利于加工的现象产生等技术问题。
[0007]—种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:包括柔性铰链支架、传感器测量板、传感器支架、压电陶瓷致动器、金刚石刀具、调高装置移动平台和调高装置固定基座，所述柔性铰链支架通过四个固定螺栓I与调高装置移动平台的上部固定连接，柔性铰链支架上设置柔性铰链机构;所述柔性铰链机构包括两组对称的直板型柔性铰链，其中一组包括铰链片I和铰链片Π，另一组包括铰链片m和铰链片IV;所述铰链片1、铰链片π、铰链片m和铰链片IV均为独立的铰链片;所述传感器测量板的两端通过螺钉I固定在柔性铰链支架的上部;所述传感器支架通过螺钉I与柔性铰链支架的上部固定连接；所述金刚石刀具通过螺钉π与柔性铰链支架的上部固定连接;所述压电陶瓷致动器通过预紧螺栓预紧安装在铰链片π和铰链片IV之间的移动平台上;所述调高装置移动平台和调高装置固定基座均设置有角度相同的斜面，并且调高装置移动平台的斜面和调高装置固定基座的斜面贴合后，通过螺栓和螺母固定连接;所述调高装置固定基座上设置有两个限位螺栓3006，调高装置固定基座的下部固定安装有四个倒“T”型的安装固定块，调高装置固定基座通过安装固定块与超紧密车床的安装固定平台的上部连接。
[0008]所述柔性铰链支架为单自由度柔性铰链支架。
[0009]所述压电陶瓷叠堆和的预紧螺栓在一条轴线上。
[0010]所述安装固定块通过固定螺栓Π与调高装置固定基座的下部连接。
[0011]通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果:
[0012]本实用新型可以实现FTS装置的金刚石刀具沿Z轴方向进行高频自动往复运动，能达到0.3_的行程，主要用于切削自由曲面车削、非回转对称面以及微结构功能表面。
[0013]本实用新型的调高装置移动平台和调高装置固定基座，可以实现柔性铰链支架的升高与降低，调节范围从-1Omm到1mm之间，调节精度为0.01mm。
[0014]本实用新型可以放在主轴转角可控的高精密数控机床进行辅助精密切削，减少了刀具对刀的难度，减少了机床震颤的可能性。
【附图说明】
[0015]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明:
[0016]图1为本实用新型一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置的整体装配轴测示意图。
[0017]图2为本实用新型一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置的整体装配轴测爆炸示意图。
[0018]图3为本实用新型一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置的柔性铰链支架的结构示意图。
[0019]图4为本实用新型一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置中调高装置移动平台和调高装置固定基座的轴测爆炸示意图。
[0020]图5为本实用新型一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置中直板型柔性铰链正等轴测示意图。
[0021 ]图中1001-柔性铰链支架、1002-传感器测量板、1003-传感器支架、1004-压电陶瓷致动器、1005-螺钉1、1006-固定螺栓1、1012-预紧螺栓、1013-铰链片1、1014-铰链片Π、1015-铰链片ΙΠ、1016-铰链片IV、2001-金刚石刀具、2002-螺钉Π、3001_调高装置移动平台、3002-调高装置固定基座、3003-螺栓、3004-螺母、3006-限位螺栓、4001-安装固定块、4002-固定螺栓Π。
【具体实施方式】
[0022]如图所示，一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:包括柔性铰链支架1001、传感器测量板1002、传感器支架1003、压电陶瓷致动器1004、金刚石刀具2001、调高装置移动平台3001和调高装置固定基座3002，所述柔性铰链支架1001通过四个固定螺栓11006与调高装置移动平台3001的上部固定连接，柔性铰链支架1001上设置柔性铰链机构;所述柔性铰链机构包括两组对称的直板型柔性铰链，其中一组包括铰链片11013和铰链片Π 1014，另一组包括铰链片m 1015和铰链片IV1016；所述铰链片11013、铰链片Π 1014、铰链片m 1015和铰链片IV1016均为独立的铰链片;所述传感器测量板1002的两端通过螺钉11005固定在柔性铰链支架1001的上部;所述传感器支架1003通过螺钉11005与柔性铰链支架1001的上部固定连接;所述金刚石刀具2001通过螺钉Π 2002与柔性铰链支架1001的上部固定连接;所述压电陶瓷致动器1004通过预紧螺栓1012预紧安装在铰链片Π1014和铰链片IV1016之间的移动平台上;所述调高装置移动平台3001和调高装置固定基座3002均设置有角度相同的斜面，并且调高装置移动平台3001的斜面和调高装置固定基座3002的斜面贴合后，通过螺栓3003和螺母3004固定连接;所述调高装置固定基座3002上设置有两个限位螺栓3006，调高装置固定基座3002的下部固定安装有四个倒“T”型的安装固定块4001，调高装置固定基座3002通过安装固定块4001与超紧密车床的安装固定平台的上部连接。
[0023]所述柔性铰链支架1001为单自由度柔性铰链支架。
[0024]所述压电陶瓷叠堆1004和1012的预紧螺栓在一条轴线上。
[0025]所述安装固定块4001通过固定螺栓Π 4002与调高装置固定基座3002的下部连接。
[0026]本实用新型提出了一种可以调节高度的压电陶瓷驱动的FTS车削辅助装置，用于配合带有主轴转角可控的精密数控机床进行辅助车削加工自由曲面、非回转对称面以及微结构功能表面。
[0027]本实用新型总体分为三大主要构成部分用以功能实现:第一部分为压电陶瓷驱动的柔性铰链支架1001，负责安装刀具，安装传感器支架1003和传感器测量板1002，安装预紧压电陶瓷制动器1004;第二部分为柔性铰链支架1001的高度调节装置，包括调高装置移动平台3001、调高装置固定基座3002、M10的长螺栓3003和螺母3004—套以及两个负责限制位置移动的M6的限位螺栓3006;第三部分就是装置与所配机床的连接部分，由四个倒” T”型的安装固定块4001组成，这四个安装块是将装置与机床连接起来的重要部分。
[0028]实施例:将聚晶金刚石刀具通过螺钉Π 2002固定到柔性铰链支架1001上，把安装传感器支架1003和传感器测量板1002通过三个M3的螺钉11005固定到柔性铰链支架1001上并调整水平和垂直关系，柔性铰链支架1001的核心动力部件压电陶瓷致动器1004通过一根M6的预紧螺栓1012预紧安装，紧密的贴合在柔性铰链的移动平台上；再将柔性铰链支架1001通过四个M6的固定螺栓11006牢固地安装到调高装置移动平台3001上；调高装置移动平台3001和调高装置固定基座3002通过角度相同的斜面进行贴合，然后通过贯穿平台和基座的MlO长螺栓3003和螺母3004将它们紧固在一起，为了防止限制调高装置移动平台3001滑移，安装在调高装置固定基座3002上的两个负责限制位置移动的M6的限位螺栓3006负责顶住调高装置移动平台3001，保证安装固定牢靠;最后调高装置固定基座3002通过四个M6的固定螺栓Π4002分别与四个倒” T”型的安装固定块4001相连，最后通过倒” T”型的安装固定块4001安装在超紧密车床的安装固定平台上，做到简单方便安装。
[0029]所述单自由度的柔性铰链支架1001是一个结构的对称的整体机构，由电火花线切割一体加工而成，支架材料选用的是硬铝合金LY12。柔性铰链机构采用两组对称的直板型柔性铰链，每组铰链又包含有两个铰链片，这两组铰链是FTS的导向部分，能够保证金刚石刀具2001安装位置沿着Z轴进行高频振动。金刚石刀具2001的振动切削的动力则是来自压电陶瓷。压电陶瓷叠堆通过预紧螺栓1012进行预紧，使预紧力达到合适的标准，其中预紧的实现是通过在柔性铰链支架1001的远刀具端加工一Μ6的螺栓孔，通过Μ6的预紧螺栓1012与螺纹的配合起到单向间隙排除的效果，最后将压电陶瓷叠堆压在金刚石刀具2001移动平台的中心位置。
[0030]所述预紧作用的实现，需要保证压电陶瓷叠堆和Μ6的预紧螺栓1012在一条轴线上，使预紧力发生在垂直于压电陶瓷叠堆片的方向上，进而实现对压电陶瓷致动器1004的预紧。
[0031]所述调高装置固定基座3002可以用来对整个柔性铰链支架1001进行Y轴方向的升高和降低，可以在-1Omm到1mm之间调节，调节精度为0.01mm，调高装置移动平台3001可以在调高装置固定基座3002上进行滑动进而实现移动平台的升降。
【主权项】
1.一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:包括柔性铰链支架(1001)、传感器测量板(1002)、传感器支架(100)、压电陶瓷致动器(1004)、金刚石刀具(2001)、调高装置移动平台(3001)和调高装置固定基座(3002)，所述柔性铰链支架(1001)通过四个固定螺栓1(1006)与调高装置移动平台(3001)的上部固定连接，柔性铰链支架(1001)上设置柔性铰链机构;所述柔性铰链机构包括两组对称的直板型柔性铰链，其中一组包括铰链片I (1013)和铰链片Π (1014)，另一组包括铰链片m( 1015)和铰链片IV(1016);所述铰链片1(1013)、铰链片11(1014)、铰链片111(1015)和铰链片1￥(1016)均为独立的铰链片；所述传感器测量板(1002)的两端通过螺钉I (1005)固定在柔性铰链支架(1001)的上部;所述传感器支架(I 003)通过螺钉I (1005)与柔性铰链支架(1001)的上部固定连接;所述金刚石刀具(2001)通过螺钉Π (2002)与柔性铰链支架(1001)的上部固定连接;所述压电陶瓷致动器(1004)通过预紧螺栓(1012)预紧安装在铰链片Π (1014)和铰链片IV(1016)之间的移动平台上;所述调高装置移动平台(3001)和调高装置固定基座(3002)均设置有角度相同的斜面，并且调高装置移动平台(3001)的斜面和调高装置固定基座(3002)的斜面贴合后，通过螺栓(3003)和螺母(3004)固定连接;所述调高装置固定基座(3002)上设置有两个限位螺栓(3006)，调高装置固定基座(3002)的下部固定安装有四个倒“T”型的安装固定块(4001)，调高装置固定基座(3002)通过安装固定块(4001)与超紧密车床的安装固定平台的上部连接。2.根据权利要求1所述的一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:所述柔性铰链支架(1001)为单自由度柔性铰链支架。3.根据权利要求1所述的一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:所述压电陶瓷叠堆(1004、1012)的预紧螺栓在一条轴线上。4.根据权利要求1所述的一种高度可调压电陶瓷驱动的快速刀具伺服车削辅助装置，其特征是:所述安装固定块(4001)通过固定螺栓Π (4002)与调高装置固定基座(3002)的下部连接。
【文档编号】B23B25/06GK205519702SQ201620366871
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】任万飞, 林洁琼, 卢明明, 谷岩, 冯答, 侯宝鹏, 曹宇
【申请人】长春工业大学