专利名称：直线伺服刀架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在车床上使用的直线伺服刀架，特别是用于各种非圆类零件加工的直线伺服刀架。
非圆类零件如凸轮，异形轴，异形孔，活塞外圆的加工是存在已久的技术难题。加工非圆类零件的一种传统方法是仿形加工，但是仿形加工装置机械传动复杂，由于惯性，摩擦和间隙使得该装置的生产效率和加工精度受到很大的限制。此外，仿形所用的靠模加工周期长，费用高，也使得该方法的应用受到影响。
八十年代末出现了利用电动激励器，即直线电机，直接驱动弹性刀架来加工中凸变椭圆活塞外圆的新方法，如美国专利US4203062,US4646595和英国专利GB2177953A等。就系统结构而言，各种方法的区别主要在于弹性刀架的结构及其与直线电机的连接方式。有的采用膜板弹簧将刀架和直线电机的活动部分连接，电机活动部分提供膜板驱动车刀做直线往复运动；有的则由电机活动部分驱动带交叉弹簧的刀架做往复摆动。这些方法都较好地克服了传统仿形加工中存在的缺点，但也存在一些不足之处，由于电机侧向尺寸大，不便于操作，加上车刀刀头与电机轴心处于同一垂直面上，致使车床主轴工装伸出过长，降低了工件的加工精度；电机推力偏小，加工范围有限；此外，测量传感器中的位移传感器离刀头太远，随温度变化造成的零件变形也会造成加工误差。
可以看出，直线电机在直线伺服刀架中占有重要地位，对加工范围和加工精度有直接影响。
本实用新型的目的是提供一种能缩短车床主轴工装长度，并提高加工精度的直线伺服刀架。
本实用新型的技术方案是对直线电机进行改进，直线电机包括前磁路，后磁路，复合线圈组件和中心杆组件；其中A．前磁路包括电机前机座，前上轭铁，套在前机座中的水磁体和中心轭铁，套在中心轭铁外的短路环，以及短路环之间的磁隙；B．后磁路的结构与前磁路一一对应，包括后机座，后上轭铁，后永磁体，后中心轭铁，后短路环以及后磁隙；C．电机前机座与后机座对接，两机座对接处设有用非导磁材料制成的隔板；D．复合线圈组件包括置于前后中心轭铁间的线圈支架和围绕中心轭铁的线圈；E．中心杆组件包括与弹性刀架固连的前接头，中心杆；中心杆的尾部与安装在后机座中的直线轴承连接，该直线轴承与弹性刀架构成中心杆轴向运动的导轨。
为进一步缩短车床主轴工装长度，本实用新型在弹性刀架中采用平行四板簧，该平行四板簧的活动端两侧分别通过后端座和刀杆连接座与活动刀杆，通过中心杆连接座与直线电机中心杆相连；活动刀杆与电机中心杆相互平行。并且在弹性刀架中采用直线轴承作为活动刀杆的导轨。
为了减小温度变化造成的零件变形也会造成加工误差，将测量传感器中的位移传感器放在活动刀杆的内腔中距刀头最近的地方。
由于本实用新型中对直线电机进行了改进，使得其推力大，有可能加工具有不同材质的工件，因此，需要在同一直线伺服刀架上安装两种刀具。所以本实用新型还设有换刀装置，该装置除活动刀杆的头部装有上下分布的两把车刀外，还包括电机转轴组件，活塞和定位机构；电机转轴组件包括在电机后机座上设有轴承，转轴和在底盘上设有转轴座，转轴在电机后机座的后方与电机中心杆同高；活塞固定在电机前罩上，活塞杆与套筒固接；定位机构包括套筒，圆销和定位件，其中定位件底部与底盘固接，定位件上设有扁长孔和限位槽；圆销与套筒固接，并随活塞杆一起运动。
下面结合本实用新型的实施例及其附图，详细说明其结构，工作原理和有益效果。
图1是本实用新型实施例1的剖视图；图2是本实用新型实施例1中弹性刀架部分的结构示意图3是本实用新型实施例1中直线电机的局部结构示意图；图4是本实用新型实施例2中换刀装置的结构示意图；图5是本实用新型实施例2的左视图。
如
图1所示，本实用新型实施例1包括直线电机，弹性刀架，测量传感器。直线电机由前磁路，后磁路，复合线圈组件和中心杆组件组成。
参考图3，前磁路由电机前机座(轭铁)30，前上轭铁34，套在前机座中的永磁体31和前中心轭铁70，套在前中心轭铁外的短路环33，以及短路环之间的磁隙71组成。其作用是在磁隙71中形成强磁场。短路环的作用是提高电机的高频响应。后磁路由后机座(轭铁)40，后上轭铁36，永磁体39，后中心轭铁38，后短路环37，以及磁隙72。后磁路的磁路结构及磁场性能与前磁路相同。前后两磁路相对接合，中间用非导磁的隔板35隔开，以防止前后磁路的耦合。磁隙71和72磁场分布是相同的。前后磁路的机座30和40通过螺钉对接，形成封闭的磁路系统，电机外部漏磁很小。这给黑色金属零件的加工带来很大的方便。
复合线圈组件包括置于前后中心轭铁间的线圈支架10和围绕中心轭铁的线圈9；线圈支架内孔与中心杆11紧固，其外固槽中嵌入线圈。该复合线圈组件相当于两个组件串联，当线圈9中通以电流时，线圈所受的轴向力是单个磁路时的两倍。
中心杆组件包括与弹性刀架固连的前接头12，中心杆11。前接头12通过螺钉与弹性刀架中的平行四板簧的活动端连接座13相连；中心杆11的尾部由直线轴承8定位，其端部又与速度传感器的活动部分6相连。直线轴承8与平行四板簧构成中心杆轴向运动的导轨。
参考图2，弹性刀架是用线切割等加工工序制造的整体结构。它包括连接底座29，固定端27，平行四板簧26，中心杆连接座13，刀杆连接座14，活动刀杆19，直线滚动轴承18和电机前罩25。其中平行四板簧26是四个尺寸完全一致并相互平行的板簧。四板簧26的一端与固定端27相连，固定端27与连接座29为一体结构。连接底座为长方形并通过6个螺钉28与电机前机座30形成牢固的连接。四板簧的活动端73分别与中心杆连接座13和刀杆连接座14相连。中心杆连接座13用螺钉与电机中心杆的前接头12连接，其中心线与电机中心杆的中心线重合。刀杆连接座14的中心线与活动刀杆的中心线21重合。特别是活动刀杆中心线21和电机中心杆中心线22分布在四板簧活动端73的两侧。
当电机中心杆组合的前接头12将力传给中心杆连接座13时，由于平行四板簧的结构特点，中心杆连接座13和刀杆连接座14将沿其轴线做平移运动。平移量与电机磁隙磁场作用在线圈上的力成正比。
电机前罩25通过螺钉与电机前机座30固接。在电机前罩的一侧有轴承孔，用以安装直线滚动轴承18。活动刀杆19是中空的，其后端座15通过螺钉与刀杆连接座14固连，其中部则与直线轴承18的内孔相连。活动刀杆19的前端部则固定车刀20。活动刀杆19沿其轴向可以灵活地随平行四板簧活动端运动，而侧向则有很高的刚性。
测量传感器包括装在活动刀杆19中的位移传感器和装在电机尾部的速度传感器。位移传感器的活动部分17装在固定刀杆19的内孔中，随刀杆19一起运动。位移传感器的不动部分16用螺钉固定在电机前罩25上。速度传感器的活动部分6与电机中心杆组件的尾部7固连，该传感器的不动部分5安装在与电机后机座40相连的传感器座4上。传感器这样安排的理由是位移传感器最大限度地靠近车刀刀头，以减小温度变形和弹性变形引起的测量误差。而速度测量则与变形误差无关。
如图4,5所示，实施例2中增加了换刀装置。该装置只用在需要中途换刀的场合。活动刀杆19的前端装有车刀20和45，通过电机的转动使车刀换位。换刀装置包括电机转轴组件，活塞和定位机构。电机转轴组件包括安装在电机后机座上的轴承3，转轴2和固定在底盘41上的转轴座1。转轴组件应保证直线电机无间隙地相对底盘41做小角度的转动。底盘41可以是车床的中拖板，也可以是可固定在中拖板上的板状零件。活塞24固定在电机前罩25上，活塞杆46与定位机构的套筒47固接。定位机构由套筒47，圆销49和定位件48组成。圆销49与套筒47固接，并随活塞杆46一起运动。定位件48底部与底盘41固接，其上设有扁长孔50和限位槽51，扁长孔和限位槽的设计应保证两把车刀能准确地定位在工位上。
换刀转轴的工作过程如下当工作介质(气体或液体)以高压充入活塞24的上腔体43时，活塞杆46向下运动至圆销49被扁长孔50的下圆弧限位为止，而活塞壳体则带动直线电机绕转轴2向上(顺时针)运动，直至电机的前挡块52被限位槽51限位，此时车刀45正好处在车削工位上，该车刀通常是车削零件的铝合金部分。反之，当高压介质充入活塞的下腔体42时，可保证车刀20正好处在车削工位上，该车刀车削零件的铸铁部分。事实上，车刀20和45也可以分别作为同一材料零件的粗，精车之用。
本实用新型在实际使用时，其工作原理和过程如下向线圈9中输入一定的电流i，处在磁隙中的线圈9上即受到与电流i成比例的电动力F，此力由线圈9通过线圈支架10传给中心杆组件的前接头，并引起平行四板簧活动端产生变形δ。由于平行四板簧的结构特性，活动刀杆19亦产生同样的位移δ。也就是说刀头20或45的位移δ与线圈9中所加的电流i成正比δ=Ki比例系数K与磁隙的磁场强度，线圈的圈数以及平行四板簧的刚度等因素有关。当信号电流i随时间变化并与工件44的旋转角形成一定的联系时，就能车出所需的任何形状的外圆。
综上所述，本实用新型具有以下优点1．直线电机磁路采用推挽式结构，推力大，漏磁小，同样的推力下，电机的体积大大缩小，便于在机床上安装和操作。
2．采用偏置式的平行板簧，使车刀靠近机床主轴的一侧，缩短了工件工装的长度，提高了工件加工精度。
3．采用直线滚动轴承，提高了车刀的侧向刚度，从而提高了零件表面加工质量。
4．位移传感器紧靠车刀部位，测量精度高。
5．大推力加上换刀装置，使本实用新型的应用范围扩大。
6．整个直线伺服刀架结构简单，紧凑，可靠性好，重复精度高，使用寿命长。
权利要求1．直线伺服刀架，包括直线电机，弹性刀架，测量传感器，其特征在于直线电机包括前磁路，后磁路，复合线圈组件和中心杆组件；其中A．前磁路包括电机前机座(30)，前上轭铁(34)，套在前机座(30)中的永磁体(31)和中心轭铁(70)，套在中心轭铁外的短路环(33)，以及短路环(33)之间的磁隙(71)；B．后磁路的结构与前磁路一一对应，包括后机座(40)，后上轭铁(36)，后永磁体(39)，后中心轭铁(38)，后短路环(37)以及后磁隙(72)；C．电机前机座(30)与后机座(40)对接，两机座对接处设有用非导磁材料制成的隔板(35)；D．复合线圈组件包括置于前后中心轭铁间的线圈支架(10)和围绕中心轭铁的线圈(9)，线圈支架(10)内孔与中心杆(11)紧固，其外固槽中嵌入线圈；E．中心杆组件包括与弹性刀架固连的前接头(12)，中心杆(11)；中心杆(11)的尾部与安装在后机座(40)中的直线轴承(8)连接，该直线轴承与弹性刀架构成中心杆轴向运动的导轨。
2．根据权利要求1所述的直线伺服刀架，其特征在于弹性刀架中采用平行四板簧(26)，该平行四板簧的活动端(73)两侧分别通过后端座(15)和刀杆连接座(14)与活动刀杆(19)，通过中心杆连接座(13)与直线电机中心杆(11)相连，活动刀杆(19)与电机中心杆(11)相互平行。
3．根据权利要求2所述的直线伺服刀架，其特征在于弹性刀架中采用直线轴承(18)作为活动刀杆(19)的导轨。
4．根据权利要求2所述的直线伺服刀架，其特征在于测量传感器中的位移传感器的活动部分(17)放在活动刀杆(19)的内腔中距刀头最近的地方。
5．根据权利要求1所述的直线伺服刀架，其特征在于还设有换刀装置，该装置除活动刀杆(19)的头部装有上下分布的两把车刀(20,45)外，还包括电机转轴组件，活塞和定位机构；电机转轴组件包括在电机后机座上设有轴承(3)，转轴(2)和在底盘(41)上设有转轴座(1)，转轴(2)在电机后机座(40)的后方与电机中心杆(11)同高；活塞(24)固定在电机前罩(25)上，活塞杆(46)与套筒(417)固接；定位机构包括套筒(47)，圆销(49)和定位件(48)，其中定位件(48)底部与底盘(41)固接，定位件(48)上设有扁长孔(50)和限位槽(51)；圆销(49)与套筒(47)固接，并随活塞杆(46)一起运动。
专利摘要本实用新型提供了一种直线伺服刀架。它包括直线电机,弹性刀架和测量传感器,直线电机部分由前后两个磁路,两磁路之间设置的非导磁材料制成的隔板,复合线圈组件以及中心杆组件组成。弹性刀架中采用平行四板簧,使活动刀杆中心线与电机中心杆中心线分布在平行四板簧活动端的两侧。本实用新型能缩短车床主轴工装长度,并提高加工精度,整个刀架结构简单,可靠性好,重复精度高,使用寿命长。
文档编号B23B21/00GK2331462SQ9823055
公开日1999年8月4日 申请日期1998年4月17日 优先权日1998年4月17日
发明者赵达夫 申请人:赵达夫