一種智能補償避振車刀及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及切削加工領(lǐng)域，尤其涉及一種智能補償避振車刀及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬切削加工中，車削加工是最常見的加工方法之一。在車削加工中，因主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給量等參數(shù)變化，在切削過程中容易產(chǎn)生顫振現(xiàn)象。而顫振是一種自激振動，其中再生型顫振最為有害，再生型顫振是由加工過程中切削厚度變化效應(yīng)所產(chǎn)生的動態(tài)切削力激起的，顫振現(xiàn)象的發(fā)生會降低所加工工件的表面質(zhì)量，還會導(dǎo)致加工刀具提前報廢，同時在加工過程中產(chǎn)生很大的噪聲。針對車削加工過程中的顫振現(xiàn)象，許多學(xué)者對其進(jìn)行了研究并提出了一些顫振控制方法，這些控制顫振的方法雖然能夠有效地減小或消除顫振，但是控制算法的復(fù)雜導(dǎo)致在實際中難以應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種即可用于消除再生型車削顫振，又可實現(xiàn)多方向位置補償，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的智能補償避振車刀及其控制系統(tǒng)。
[0004]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種智能補償避振車刀，包括相互獨立的刀體和刀頭，所述的刀體中設(shè)置有內(nèi)腔，所述的刀頭的后端水平伸入所述的內(nèi)腔中，所述的刀頭的后端的兩側(cè)與所述的內(nèi)腔的腔壁之間固定設(shè)置有至少四組雙向柔性鉸鏈，所有的雙向柔性鉸鏈沿所述的刀頭的軸向中心線對稱設(shè)置，所述的刀頭的后端端面與所述的內(nèi)腔的腔壁之間設(shè)置有呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器組。
[0005]所述的雙向柔性鉸鏈包括使所述的刀頭可沿工件的徑向微調(diào)的第一柔性鉸鏈和使所述的刀頭可上下微調(diào)的第二柔性鉸鏈，所述的第一柔性鉸鏈與所述的刀頭一體連接，所述的第二柔性鉸鏈垂直固定在所述的第一柔性鉸鏈上且與所述的內(nèi)腔的腔壁固定連接。
[0006]所述的壓電陶瓷驅(qū)動器組包括驅(qū)動塊，所述的驅(qū)動塊的前端水平插接有多個呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器，所述的壓電陶瓷驅(qū)動器的前端抵在所述的刀頭的后端端面上，所述的驅(qū)動塊的后端抵在所述的內(nèi)腔的腔壁上。
[0007]所述的壓電陶瓷驅(qū)動器呈2X 2、3 X 3或4 X 4的陣列排列。
[0008]所述的刀頭的后端設(shè)置有驅(qū)動腔，所述的驅(qū)動塊的前端水平伸入所述的驅(qū)動腔中，以避免壓電陶瓷驅(qū)動器組發(fā)生滑動。
[0009]所述的刀體上設(shè)置有驅(qū)動預(yù)緊機構(gòu)。
[0010]所述的驅(qū)動預(yù)緊機構(gòu)包括預(yù)緊螺栓，所述的預(yù)緊螺栓水平螺接在所述的刀體中，且所述的預(yù)緊螺栓的前端抵在所述的驅(qū)動塊的后端上。
[0011]—種智能補償避振車刀的控制系統(tǒng)，包括力傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機處理系統(tǒng)和功率放大器，所述的力傳感器固定安裝在所述的刀頭的頭部，所述的電荷放大器分別與所述的力傳感器、所述的數(shù)據(jù)采集卡電連接，所述的計算機處理系統(tǒng)分別與所述的數(shù)據(jù)采集卡、所述的功率放大器電連接，所述的功率放大器與所述的壓電陶瓷驅(qū)動器電連接。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是可通過監(jiān)測車削力的變化來控制車刀的刀頭在工件的徑向進(jìn)行相應(yīng)的位置補償，使車削厚度的變化在穩(wěn)定車削范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生再生型的車削顫振，還可使刀頭轉(zhuǎn)動微小的角度，以便進(jìn)行多方向的位置補償，滿足不同車削場合的需要，且提高了車削精度和產(chǎn)品的表面加工質(zhì)量，此外，該避振車刀的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且使用靈活多變。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例一的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1的局部分解示意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例一的刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例一的壓電陶瓷驅(qū)動器組的分解示意圖；
[0017]圖5為本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]實施例一:如圖所示，一種智能補償避振車刀，包括相互獨立的刀體I和刀頭2，刀體I中設(shè)置有內(nèi)腔11，刀頭2的后端水平伸入內(nèi)腔11中，刀頭2的后端的兩側(cè)與內(nèi)腔11的腔壁之間固定設(shè)置有四組雙向柔性鉸鏈3，四組雙向柔性鉸鏈3沿刀頭2的軸向中心線兩兩對稱設(shè)置，雙向柔性鉸鏈3包括使刀頭2可沿工件的徑向微調(diào)的第一柔性鉸鏈31和使刀頭2可上下微調(diào)的第二柔性鉸鏈32，第一柔性鉸鏈31與刀頭2—體連接，第二柔性鉸鏈32垂直固定在第一柔性鉸鏈31上且與內(nèi)腔11的腔壁固定連接，刀頭2的后端端面與內(nèi)腔11的腔壁之間設(shè)置有呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器組4，壓電陶瓷驅(qū)動器組4包括驅(qū)動塊41，刀頭2的后端設(shè)置有驅(qū)動腔21，驅(qū)動塊41的前端水平伸入驅(qū)動腔21中，驅(qū)動塊41的前端水平插接有九個呈3X3陣列排列的壓電陶瓷驅(qū)動器42，壓電陶瓷驅(qū)動器42的前端抵在驅(qū)動腔21的腔壁上，刀體I中水平螺接有預(yù)緊螺栓5，預(yù)緊螺栓5的前端抵在驅(qū)動塊41的后端上。
[0020]上述實施例一種，壓電陶瓷驅(qū)動器42的數(shù)量可以為四個且呈2X 2陣列排列，也可以為十六個且呈4 X 4陣列排列，甚至還可以更多。
[0021 ]實施例二:如圖所示，一種智能補償避振車刀的控制系統(tǒng)，包括力傳感器6、電荷放大器7、數(shù)據(jù)采集卡8、計算機處理系統(tǒng)9和功率放大器10，力傳感器6固定安裝在刀頭2的頭部，電荷放大器7分別與力傳感器6、數(shù)據(jù)采集卡8電連接，計算機處理系統(tǒng)9分別與數(shù)據(jù)采集卡8、功率放大器10電連接，功率放大器10與壓電陶瓷驅(qū)動器42電連接。
[0022]上述實施例中，該避振車刀實現(xiàn)位置補償?shù)墓ぷ髟頌?車刀進(jìn)行車削加工時，若力傳感器6所測的車削力變大時(即車削厚度變大)，通過電荷放大器7將信號放大，并通過數(shù)據(jù)采集卡8將信號采集輸送給計算機處理系統(tǒng)9，計算機處理系統(tǒng)9處理并發(fā)出控制信號，通過功率放大器10將控制信號放大并驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件，即減小施加在壓電陶瓷驅(qū)動器42上的電壓，使得壓電陶瓷驅(qū)動器42縮短，刀頭2沿工件的徑向向后移動微小的距離;若力傳感器6所測的車削力變小時(即車削厚度變小)，則增大施加在壓電陶瓷驅(qū)動器42上的電壓，使得壓電陶瓷驅(qū)動器42伸長，推動刀頭2沿工件的徑向向前移動微小的距離(切深的方向)，從而保證在車削過程中刀頭2的刀尖沿工件徑向進(jìn)行微小的位置補償，使車削厚度的變化在穩(wěn)定車削范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生再生型車削顫振;而若加工時需要對車刀刀尖的高度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)車刀的刀尖高度低于工件軸線的高度時，則同時給3X3陣列中位于底部的三個壓電陶瓷驅(qū)動器42施加電壓而其它壓電陶瓷驅(qū)動器42則不施加電壓，以推動刀頭2向上轉(zhuǎn)動微小角度讓刀尖高度和工件軸線高度相平；當(dāng)車刀的刀尖高度高于工件軸線的高度，則同時給3 X 3陣列中位于頂部的三個壓電陶瓷驅(qū)動器42施加電壓而其它壓電陶瓷驅(qū)動器42則不施加電壓，以推動刀頭2向下轉(zhuǎn)動微小角度讓刀尖高度和工件軸線高度相平;此外，當(dāng)需要刀頭2向左轉(zhuǎn)微小的角度進(jìn)行位置補償時，則只需給3X3陣列中位于右邊的三個壓電陶瓷驅(qū)動器42施加電壓即可，同理當(dāng)需要刀頭2向右轉(zhuǎn)微小的角度進(jìn)行位置補償時，只需給3X3陣列中位于左邊的三個壓電陶瓷驅(qū)動器42同時通電即可，操作很方便，且使用靈活多變。
【主權(quán)項】
1.一種智能補償避振車刀，包括相互獨立的刀體和刀頭，所述的刀體中設(shè)置有內(nèi)腔，所述的刀頭的后端水平伸入所述的內(nèi)腔中，其特征在于所述的刀頭的后端的兩側(cè)與所述的內(nèi)腔的腔壁之間固定設(shè)置有至少四組雙向柔性鉸鏈，所有的雙向柔性鉸鏈沿所述的刀頭的軸向中心線對稱設(shè)置，所述的刀頭的后端端面與所述的內(nèi)腔的腔壁之間設(shè)置有呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器組。2.如權(quán)利要求1所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的雙向柔性鉸鏈包括使所述的刀頭可沿工件的徑向微調(diào)的第一柔性鉸鏈和使所述的刀頭可上下微調(diào)的第二柔性鉸鏈，所述的第一柔性鉸鏈與所述的刀頭一體連接，所述的第二柔性鉸鏈垂直固定在所述的第一柔性鉸鏈上且與所述的內(nèi)腔的腔壁固定連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的壓電陶瓷驅(qū)動器組包括驅(qū)動塊，所述的驅(qū)動塊的前端水平插接有多個呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器，所述的壓電陶瓷驅(qū)動器的前端抵在所述的刀頭的后端端面上，所述的驅(qū)動塊的后端抵在所述的內(nèi)腔的腔壁上。4.如權(quán)利要求3所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的壓電陶瓷驅(qū)動器呈2X 2、3 X 3或4 X 4的陣列排列。5.如權(quán)利要求3所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的刀頭的后端設(shè)置有驅(qū)動腔，所述的驅(qū)動塊的前端水平伸入所述的驅(qū)動腔中。6.如權(quán)利要求3所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的刀體上設(shè)置有驅(qū)動預(yù)緊機構(gòu)。7.如權(quán)利要求6所述的一種智能補償避振車刀，其特征在于所述的驅(qū)動預(yù)緊機構(gòu)包括預(yù)緊螺栓，所述的預(yù)緊螺栓水平螺接在所述的刀體中，且所述的預(yù)緊螺栓的前端抵在所述的驅(qū)動塊的后端上。8.如權(quán)利要求3所述的一種智能補償避振車刀的控制系統(tǒng)，其特征在于包括力傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機處理系統(tǒng)和功率放大器，所述的力傳感器固定安裝在所述的刀頭的頭部，所述的電荷放大器分別與所述的力傳感器、所述的數(shù)據(jù)采集卡電連接，所述的計算機處理系統(tǒng)分別與所述的數(shù)據(jù)采集卡、所述的功率放大器電連接，所述的功率放大器與所述的壓電陶瓷驅(qū)動器電連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能補償避振車刀及其控制系統(tǒng)，智能補償避振車刀包括相互獨立的刀體和刀頭，刀體中設(shè)置有內(nèi)腔，刀頭的后端水平伸入內(nèi)腔中，特點是刀頭的后端的兩側(cè)與內(nèi)腔的腔壁之間固定設(shè)置有至少四組雙向柔性鉸鏈，所有的雙向柔性鉸鏈沿刀頭的軸向中心線對稱設(shè)置，刀頭的后端端面與內(nèi)腔的腔壁之間設(shè)置有呈方陣排列的壓電陶瓷驅(qū)動器組；優(yōu)點是可通過監(jiān)測車削力的變化來控制車刀的刀頭在工件的徑向進(jìn)行相應(yīng)的位置補償，使車削厚度的變化在穩(wěn)定車削范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生再生型的車削顫振，還可使刀頭轉(zhuǎn)動微小的角度，以便進(jìn)行多方向的位置補償，滿足不同車削場合的需要，且提高了車削精度和產(chǎn)品的表面加工質(zhì)量，此外，該避振車刀的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且使用靈活多變。
【IPC分類】B23B27/00
【公開號】CN205324750
【申請?zhí)枴緾N201620007060
【發(fā)明人】邱輝, 李國平
【申請人】寧波大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月4日