一种全闭环控制的快刀微镂刻装置的制作方法

本发明涉及镂刻装置领域，尤其涉及一种用于玻璃、玉石、贵金属等精密镂刻的全闭环控制的镂刻装置。

背景技术：

目前，传统的微镂刻线装置多采用半闭环控制系统，无法实现全闭环式控制，而且镂刻装置都是靠工人手动操作，因此批量化生产时，产品的一致性很差，无法满足大批量生产，同时镂刻效率很低，次品率很高。因此，现有镂刻装置存在镂刻加工批次不一致，镂刻质量严重依赖刀具，出现超差就换刀具的现状，需要进一步改进和完善。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够保证刻线长度、生产批次一致性好的全闭环控制镂刻装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种全闭环控制的快刀微镂刻装置，该装置可安装在传统雕刻台上对玻璃、玉石和贵金属等物品进行镂刻加工。本发明提供的快刀微镂刻装置主要包括镂刻装置本体、柔性铰链、用于顶推柔性铰链的音圈电机、用于控制音圈电机进给量的光栅尺反馈模块、安装座、压电陶瓷电机、控制单元、以及用于镂刻加工的刀具。所述柔性铰链采用模块化设计，主要包括固定部和移动部，所述固定部与移动部弹性连接，所述固定部安装在镂刻装置本体内，所述音圈电机安装在镂刻装置本体内，其输出端与所述移动部抵接；工作时，音圈电机向前顶推柔性铰链，使柔性铰链产生可逆形变，带着压电陶瓷电机向前运动；音圈电机复位后，柔性铰链在弹力作用下带着压电陶瓷电机恢复原位。所述光栅尺反馈模块通过所述安装座固定在镂刻装置本体内，与柔性铰链相对，音圈电机驱动压电陶瓷电机前进时，光栅尺反馈模块实时测量柔性铰链的变形量，并反馈给控制单元。所述压电陶瓷电机(压电陶瓷具有位移小输出力大的特点，与放大型柔性铰链结合可以实现最大深度为4mm的切削，可以满足常规镂刻加工)垂直安装在柔性铰链上，其输出轴与所述刀具固定连接，所述控制单元分别与音圈电机、光栅尺反馈模块和压电陶瓷电机连接，驱动刀具冲击工件完成镂刻加工。

作为本发明的优选方案，所述柔性铰链采用双极片簧式铰链。该柔性铰链机构具有可塑形髙、重复定位精度高，易更换等优点。另外，若以后需要改变加工要求，则仅改变铰链结构即可，其他部分无需改变。

进一步的，镂刻装置还包括用于固定压电陶瓷电机的紧固螺环，所述柔性铰链上设有开口，所述压电陶瓷电机部分穿入开口内，与所述紧固螺环螺纹连接并固定在所述柔性铰链上。

进一步的，所述光栅尺反馈模块包括光栅尺和读数头。所述光栅尺固定在柔性铰链的移动部上，所述读数头安装在镂刻装置本体上，与光栅尺相对，并与控制单元连接，对移动部的位移量进行测量。

进一步的，所述固定部包括若干条形状的弹性条，所述弹性条之间首尾相连构成与所述移动部弹性连接的框体结构。当音圈电机驱动柔性铰链时，移动部和弹性条一同产生弹性形变，使压电陶瓷电机产生向前位移。

本发明的工作过程和原理是：本发明提供的快刀微镂刻装置为具有水平方向和竖直方向的二维进给平台，水平方向由音圈电机驱动，通过顶推柔性铰链的移动部，使柔性铰链的固定部发生弹性形变，从而产生水平方向上的位移；另外，在柔性铰链上安装用于测量位移量的光栅尺，并配上读数头，从而形成水平驱动的闭环控制系统，保证线刻长度在不同批次生产时的一致性；竖直方向则由压电陶瓷电机驱动，控制单元通过施加的电压值来控制电机的输出位移，从而实现竖直方向上的的冲击镂刻，确保镂刻深度的一致性。本发明还具有结构简单、加工效果好、一致性高的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置采用的双极片簧式柔性铰链结构具有高重复定位精度、线性度好的优点，可以保证每次的刻线长度、每批次生产的一致性。

(2)本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置采用自带反馈的压电陶瓷电机，在相同电压的前提下输出位移相同，具有很好的线性度，从而确保每次加工深度都相同。

(3)本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置采用全闭环的控制系统实现水平驱动和竖直驱动，解决了以往镂刻加工批次不一致，镂刻质量严重依赖刀具，出现超差就换刀具的现状，显著提高了加工质量，降低废品率，并提高刀具的利用率。

(4)本发明所提供的镂刻装置结构简单、体积小，可以集成在传统的雕刻台上进行微镂刻加工，有效降低了设备改造升级的费用，降低生产成本。

(5)本发明采用音圈电机、光栅尺、柔性铰链机构组成全闭环控制系统，保证加工质量和加工精度；音圈电机作为动力源、铰链结构作为执行机构，光栅尺进行反馈，可以实现微米级别的精密控制。

附图说明

图1是本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置的立体图。

图2是本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置的主视图。

图3是本发明所提供的全闭环控制的快刀微镂刻装置的俯视图。

图4是本发明所提供的水平驱动部分的结构示意图。

图5是本发明所提供的竖直驱动部分的结构示意图。

上述附图中的标号说明：

1-镂刻装置本体，21-固定部，211-弹性条，22-移动部，3-音圈电机，4-光栅尺反馈模块，5-安装座，61-压电陶瓷电机，62-刀具。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种全闭环控制的快刀微镂刻装置，该装置可安装在传统雕刻台上对玻璃、玉石和贵金属等物品进行镂刻加工。本发明提供的快刀微镂刻装置主要包括镂刻装置本体1、柔性铰链、用于顶推柔性铰链的音圈电机3、用于控制音圈电机3进给量的光栅尺反馈模块4、安装座5、压电陶瓷电机61、控制单元、以及用于镂刻加工的刀具62。所述柔性铰链采用模块化设计，主要包括固定部21和移动部22，所述固定部21与移动部22弹性连接，所述固定部21安装在镂刻装置本体1内，所述音圈电机3安装在镂刻装置本体1内，其输出端与所述移动部22抵接；工作时，音圈电机3向前顶推柔性铰链，使柔性铰链产生可逆形变，带着压电陶瓷电机61向前运动；音圈电机3复位后，柔性铰链在弹力作用下带着压电陶瓷电机61恢复原位。所述光栅尺反馈模块4通过所述安装座5固定在镂刻装置本体1内，与柔性铰链相对，音圈电机3驱动压电陶瓷电机61前进时，光栅尺反馈模块4实时测量柔性铰链的变形量，并反馈给控制单元。所述压电陶瓷电机61(压电陶瓷具有位移小输出力大的特点，与放大型柔性铰链结合可以实现最大深度为4mm的切削，可以满足常规镂刻加工)垂直安装在柔性铰链上，其输出轴与所述刀具62固定连接，所述控制单元分别与音圈电机3、光栅尺反馈模块4和压电陶瓷电机61连接，驱动刀具62冲击工件完成镂刻加工。

作为本发明的优选方案，所述柔性铰链采用双极片簧式铰链。该柔性铰链机构具有可塑形髙、重复定位精度高，易更换等优点。另外，若以后需要改变加工要求，则仅改变铰链结构即可，其他部分无需改变。

进一步的，镂刻装置还包括用于固定压电陶瓷电机61的紧固螺环，所述柔性铰链上设有开口，所述压电陶瓷电机61部分穿入开口内，与所述紧固螺环螺纹连接并固定在所述柔性铰链上。

进一步的，所述光栅尺反馈模块4包括光栅尺和读数头。所述光栅尺固定在柔性铰链的移动部22上，所述读数头安装在镂刻装置本体1上，与光栅尺相对，并与控制单元连接，对移动部22的位移量进行测量。

进一步的，如图4和图5所示，所述固定部21包括若干条形状的弹性条211，所述弹性条211之间首尾相连构成与所述移动部22弹性连接的框体结构。当音圈电机3驱动柔性铰链时，移动部22和弹性条211一同产生弹性形变，使压电陶瓷电机61产生向前位移。

本发明所提供的柔性铰链结构采用模块化设计：利用模块化思想，在不同输出力的条件下，铰链机构变形不同，对于同一力度，具有高重复性的优点，本次采用二级铰链设计，对以后升级换代提供备选方案，后期需要升级镂刻装置时只需更换更大行程的铰链结构即可；

本发明所提供的压电陶瓷电机61驱动微切原理：压电陶瓷电机61输出力很大，对于镂刻本身需要的力度与精度都能够满足，本次将刀具62安装在压电陶瓷电机61上，用压电陶瓷电机61完成镂刻动作，再配合柔性铰链的形变实现两个方向上的复合运动。

本发明的工作过程和原理是：本发明提供的快刀微镂刻装置为具有水平方向和竖直方向的二维进给平台，水平方向由音圈电机3驱动，通过顶推柔性铰链的移动部22，使柔性铰链的固定部21发生弹性形变，从而产生水平方向上的位移；另外，在柔性铰链上安装用于测量位移量的光栅尺，并配上读数头，从而形成水平驱动的闭环控制系统，保证线刻长度在不同批次生产时的一致性；竖直方向则由压电陶瓷电机61驱动，控制单元通过施加的电压值来控制电机的输出位移，从而实现竖直方向上的的冲击镂刻，确保镂刻深度的一致性。本发明还具有结构简单、加工效果好、一致性高的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。