刚度可调节的快刀伺服器

摘要

本发明公开了一种刚度可调节的快刀伺服器，该装置在框架、柔性铰链、压电陶瓷、刀座、金刚石刀具等组合部件上加装刀架组件，该刀架组件由弹簧架、弹簧套筒、弹簧、锁紧圈等组成；弹簧架安装在框架的前端，弹簧架中部有螺纹孔，弹簧套筒通过筒壁的外螺纹与螺纹孔配合，弹簧套筒中装有弹簧，弹簧一端与弹簧套筒内孔底部接触，另一端与框架上的柔性铰链接触；可以通过旋转弹簧套筒来调节弹簧的施加给柔性铰链的压力，以调节快刀伺服器的刚度。

权利要求

1.一种刚度可调节的快刀伺服器，其特征在于: 在一整块金属上切割出框架（11）和柔性铰链（10），在框架（11）的中轴线位置上，压电陶瓷（12）安装在框架（11）的后梁与柔性铰链（10）之间，柔性铰链（10）的另一端连接刀座（9），在框架（11）的后梁上安装预应力螺栓（14）并连接压电陶瓷（12）的另一端；框架（11）的前端安装刀架组件，金刚石刀具（3）由刀架组件支撑并连接刀座（9）；柔性铰链（10）连接传感器（13）；

上述柔性铰链（10）相对于压电陶瓷（12）的中轴线对称分布，一边一对，共两对，呈“工”字形布局；柔性铰链的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄，每个支干的两个端部为铰链部位，铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度；

上述刀架组件中的弹簧架（1）通过若干个螺钉（7）固定在框架（11）的前端上，弹簧架（1）上开有内螺孔，其中装有弹簧套筒（5），弹簧（6）安装在弹簧套筒（5）内，弹簧套筒（5）的内筒壁对弹簧轴向定位；弹簧（6）的一端与弹簧套筒（5）内孔底部接触，其另一端与柔性铰链（10）接触；上述弹簧套筒（5）的外螺纹处还装有锁紧圈（2）；柔性铰链（10）通过螺钉（8）连接刀座（9），金刚石刀具（3）通过螺钉（4）固定在刀座（9）上。

2.根据权利要求1所述的刚度可调节的快刀伺服器，其特征在于: 上述弹簧（6）是钢丝绕制的卷簧或是钢板制作的片簧。

3.根据权利要求1所述的刚度可调节的快刀伺服器，其特征在于: 上述弹簧套筒（5）的底部有通孔，金刚石刀具（3）穿过所述通孔。

4.根据权利要求1所述的刚度可调节的快刀伺服器，其特征在于:上述弹簧套筒（5）端部有若干个对称分布的通孔。

说明书

刚度可调节的快刀伺服器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种刚度可调节的快刀伺服器。

背景技术

[0002] 一般快刀伺服器是指快刀伺服系统（fast tool servo, FTS）也称为快速刀具伺服系统、微进给伺服系统或快速伺服刀架等。在非圆数控车削或非对称车削的机床上安装FTS，车削过程中，主轴带动工件旋转，刀具在FTS的驱动下，以主轴转速相关联的频率沿工件径向（对于非圆车削）或轴向（对于非轴对称车削）做往复进给运动，从而加工出工件的非圆截面轮廓或非轴对称端面。在非圆数控车削中，FTS的应用可加工内燃机活塞轮廓、凸轮轴、凸轮、非圆轴承内轮廓等。在非轴对称车削中，采用金刚石作为刀具，在FTS驱动下，车削光学元件的非轴对称表面，可重复加工具有复杂形状的各种异形元件，例如：自由曲面透镜／镜面、微镜阵列、微沟槽阵列等。

[0003] 目前用于加工光学元件的非轴对称表面的FTS主要是以压电陶瓷作为驱动元件，行程为几十个微米，频率为数千赫兹。系统的刚度是设计时设定的，使用时不可根据具体情况加以调整。

发明内容

[0004] 针对一般的快刀伺服器刚度不可调的问题，本发明的目的是提供一种刚度可调节的快刀伺服器。本发明是通过以下技术方案实现的：在一整块金属结构钢的基础上，切割出框架、柔性铰链等结构，框架可提供安装孔位以便装配到机床上。同时框架上可安装压电陶瓷、刀座、预应力螺栓等零件。压电陶瓷安装在框架后梁和柔性铰链之间，通电后压电陶瓷伸长，推动柔性铰链移动。柔性铰链的另一端安装有刀座，金刚石刀具可固定在刀座上。金刚石刀具可随压电陶瓷的驱动而作微量的往复运动，以实现对工件的切削进给。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：在一整块金属上切割出框架11和柔性铰链10，在框架11的中轴线位置上，压电陶瓷12安装在框架11的后梁与柔性铰链10之间，柔性铰链10的另一端连接刀座9，在框架11的后梁上安装预应力螺栓14并连接压电陶瓷12的另一端；可通过预应力螺栓14调节预应力。框架11的前端安装刀架组件，金刚石刀具3由刀架组件支撑并连接刀座9；柔性铰链10连接传感器13。位置传感器13可用于检测柔性铰的位移情况。该位移即金刚石刀具的位移。

[0006] 上述刀架组件中的弹簧架1通过若干个螺钉7固定在框架11的前端上，弹簧架1上开有内螺孔，其中装有弹簧套筒5，弹簧6安装在弹簧套筒5内，弹簧套筒5的内筒壁对弹簧轴向定位；弹簧6的一端与弹簧套筒5内孔底部接触，其另一端与柔性铰链10接触。上述弹簧套筒5的外螺纹处还装有锁紧圈2，在弹簧压力调节合适后，通过锁紧圈将弹簧套筒5与弹簧架1锁紧和防松；柔性铰链10通过螺钉8连接刀座9，金刚石刀具3通过螺钉4固定在刀座9上。

[0007] 上述弹簧6是钢丝绕制的卷簧或是钢板制作的片簧。可以通过旋转弹簧套筒5来调节弹簧的施加给柔性铰链的压力。

[0008] 上述弹簧套筒5的底部有通孔，装在弹簧架上可让金刚石刀具3穿过。

[0009] 上述弹簧套筒5端部有若干个对称分布的通孔，用于专门调节工具上的凸台插入。

[0010] 上述柔性铰链10相对于压电陶瓷12的中轴线对称分布，一边一对，共两对，呈“工”字形布局。柔性铰链的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄。每个支干的两个端部为铰链部位。因此材料的受力弯曲变形集中在较窄的铰链部，而支干部无变形。铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度，以避免应力集中。

[0011] 上述压电陶瓷驱动器可以换成音圈电机作为驱动器。

[0012] 本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点及有益效果：

[0013] 1）通过框架上的固定孔将所述快刀伺服器的整体固定安装在加工机床的刀架上。装上金刚石刀具。通过预应力螺栓调整预应力；

[0014] 2）旋转所述弹簧套筒，通过弹簧套筒外径上螺纹，使弹簧套筒的径向产生位移，并使弹簧变形。调节弹簧施加给前面两个柔性铰链的压力，使柔性铰的刚度发生变化。弹簧套筒端部有若干个对称分布的通孔，用于专门调节工具上的凸台插入，形成受力支撑点，以便旋转弹簧套筒；

[0015] 3）当弹簧套筒旋转到位，通过锁紧圈，将弹簧套筒与框架的位置锁定，以防止松动。

[0016] 4）利用安装在框架上弹簧架对快刀伺服器的前面两柔性铰施加弹簧力，以改变柔性铰的固有刚度。从而改变快刀伺服器的固有频率等参数。

[0017] 5）利用弹簧架上弹簧套筒与弹簧架的位置改化，调节弹簧套筒内弹簧的变形量，改变弹簧施加给柔性铰的压力，以实现快刀伺服器刚度的调整。

附图说明

[0018] 图1是本发明装置的示意图。

[0019] 其中: 1 弹簧架 2 锁紧圈 3 金刚石刀具 4 螺钉 5 弹簧套筒 6 弹簧 7 螺钉 8 螺钉 9 刀座 10 柔性铰链 11框架 12 压电陶瓷 13 传感器 14 预应力螺栓。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明做进一步地详细说明：

[0021] 在一整块金属上切割出框架11和柔性铰链10，在框架11的中轴线位置上，压电陶瓷12安装在框架11的后梁与柔性铰链10之间，柔性铰链10的另一端连接刀座9，在框架11的后梁上安装预应力螺栓14并连接压电陶瓷12的另一端；可通过预应力螺栓14调节预应力。框架11的前端安装刀架组件，金刚石刀具3由刀架组件支撑并连接刀座9；柔性铰链10连接传感器13。位置传感器13可用于检测柔性铰的位移情况。该位移即金刚石刀具的位移。

[0022] 上述刀架组件中的弹簧架1通过若干个螺钉7固定在框架11的前端上，弹簧架1上开有内螺孔，其中装有弹簧套筒5，弹簧6安装在弹簧套筒5内，弹簧套筒5的内筒壁对弹簧轴向定位；弹簧6的一端与弹簧套筒5内孔底部接触，其另一端与柔性铰链10接触。上述弹簧套筒5的外螺纹处还装有锁紧圈2，在弹簧压力调节合适后，通过锁紧圈将弹簧套筒5与弹簧架1锁紧和防松；柔性铰链10通过螺钉8连接刀座9，金刚石刀具3通过螺钉4固定在刀座9上。

[0023] 上述弹簧6是钢丝绕制的卷簧或是钢板制作的片簧。可以通过旋转弹簧套筒5来调节弹簧的施加给柔性铰链的压力。

[0024] 上述弹簧套筒5的底部有通孔，装在弹簧架上可让金刚石刀具3穿过。

[0025] 上述弹簧套筒5端部有若干个对称分布的通孔，用于专门调节工具上的凸台插入。

[0026] 上述柔性铰链10相对于压电陶瓷12的中轴线对称分布，一边一对，共两对，呈“工”字形布局。柔性铰链的支干部宽度较宽，而铰链部宽度较窄。每个支干的两个端部为铰链部位。因此材料的受力弯曲变形集中在较窄的铰链部，而支干部无变形。铰链部位的轮廓为对称的圆弧过度，以避免应力集中。

[0027] 上述压电陶瓷驱动器可以换成音圈电机作为驱动器。