一种在远刀端调节刚度的快刀结构

摘要

本发明公开了一种在远刀端调节刚度的快刀结构，它解决了现有技术中对快刀结构进行刚度调节容易引起铰链和板簧变形的问题，具有设计合理紧凑，实现位移稳定线性输出的有益效果，其方案如下：一种在远刀端调节刚度的快刀结构，包括框架；杠杆放大机构，设于框架内，且杠杆放大机构包括多组，每一组杠杆放大机构的一端内侧均与驱动器的端部接触或连接；用于连接刀具的刀具连接块，刀具连接块通过第一柔性铰链与杠杆放大机构的另一端连接，刀具连接块的两侧与框架之间设有柔性导向机构；微调机构，穿过框架设置，且微调机构穿过框架的端部与杠杆放大机构接触以实现从远刀端调节快刀结构的刚度。

说明书

技术领域

本发明涉及快刀伺服领域，特别是涉及一种在远刀端调节刚度的快刀结构。

背景技术

快刀伺服系统一般安装在非圆数控车削或非对称车削的机床上，是非圆截面零件和非轴对称(即非旋转对称)光学零件加工的关键技术。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。

目前快刀伺服系统的刚度调节点基本位于近刀端，这种刚度调节方式有其本身不可避免的缺陷，具体如下：

第一，由于调节机构的调节点在近刀端位置，距离位移输出终端较近，刚度调节的不对称对于位移输出的线性和稳定性将产生很大的影响，使得快刀结构的精密性大大下降；

第二，现有的调节机构通过改变近刀端板簧刚度实现系统刚度改变的方式效率低下，需要施加较大的外力才能改变板簧在轴向本已很大的刚度；

第三，现有通过改变近刀端板簧刚度实现系统刚度改变的方式将会对整体机构尤其是板簧和铰链产生不可恢复的塑性变形，极易对机构整体造成破坏。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种在远刀端调节刚度的快刀结构，能够对快刀结构进行刚度调节，且整体结构容易加工、互换性高、抗疲劳能力强。

一种在远刀端调节刚度的快刀结构的具体方案如下：

一种在远刀端调节刚度的快刀结构，包括：

框架；

杠杆放大机构，设于框架内，且杠杆放大机构包括多组，每一组杠杆放大机构的一端内侧均与驱动器的端部接触或连接；

用于连接刀具的刀具连接块，刀具连接块通过第一柔性铰链与杠杆放大机构的另一端连接，刀具连接块的两侧与框架之间设有柔性导向机构；

微调机构，穿过框架设置，且微调机构穿过框架的端部与杠杆放大机构接触以实现从远刀端调节快刀结构的刚度。

上述的一种在远刀端调节刚度的快刀结构，驱动器进行驱动，从而通过杠杆放大机构末端输出设定的伸长量，通过第一柔性铰链的推出，再传递输出给刀具连接块，从而对刀具的前进后退移动进行调整，刀具连接块末端是唯一的位移输出口，能够在一定程度上消除现有技术中在近刀端所施加刚度的差异。

进一步地，为了方便对快刀结构的布置，所述杠杆放大机构为L型，杠杆放大机构包括两组，两组杠杆放大机构对称设于所述凹槽内，且两组杠杆放大机构的端部各自通过所述的第一柔性铰链与所述刀具连接块连接，这样刀具连接块处形成唯一的位移输出口。

进一步地，所述杠杆放大机构与所述框架之间设置第二柔性铰链，这样用于实现杠杆放大机构的转向，提供杠杆放大机构的运动支点。

进一步地，所述杠杆放大机构与所述驱动器之间设置驱动块，驱动块与杠杆放大机构侧部之间设有第三柔性铰链，通过驱动块的设置避免杠杆放大机构在纵向上的寄生位移对驱动器造成破坏，即通过第三柔性铰链的转动消除寄生位移。

进一步地，所述框架在所述刀具连接块的一侧设置光栅架，光栅架设置光栅读数头，在所述刀具连接块设置光栅尺，光栅尺与光栅读数头上下设置以用于确定刀具连接块的位移，实现刀具往返运动的精密位移测量。

进一步地，所述框架设置调节孔，所述微调机构穿过调节孔设置。

进一步地，所述微调机构包括两组，两组微调机构对称设于所述的框架，这样刀具连接块处将会取调节量均值，辅以近刀端的导向机构实现位移稳定的线性输出；每一微调机构包括微分头、弹性件和固定帽，弹性件和固定帽均设于调节孔中，且弹性件的一端与所述杠杆放大机构侧部相抵，微分头端部与固定帽相抵，且微分头与调节孔螺纹连接；通过两组微调机构的对称设置，能够保证框架两侧微调的对称性，使用更小的力即可达到更优异的刚度调节效果。

进一步地，所述刀具连接块突出于所述框架设置，因为刀具连接块的端部连接刀具，因此突出设置的刀具连接块方便了刀具的设置。

进一步地，所述驱动器为压电陶瓷双向驱动器，驱动器的两端各自驱动杠杆放大机构的一端。

通过对称杠杆放大机构的设置，可以提高结构输出行程的同时避免了刚度调节不对称对输出端位移输出的影响，解决了往常刚度调节方式中输出端铰链或板簧调节不对称造成位移输出偏置、行程改变的问题，对于结构的长期或高频工作运行大有裨益。

进一步地，所述微调机构的设置方向与所述驱动器的设置方向相同，以便于对驱动器的预紧力进行刚度的调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过将快刀结构的刚度微调机构设置于远刀端(与近刀端相对而言，近刀端靠近刀具设置)的布置形式对快刀结构的刚度进行调节，通过对杠杆放大机构施加外力实现刚度调节，避免了以往在近刀端对刚度进行调节所产生的铰链或板簧塑性变形问题，且所需施加的调节力更小，调节效果更好，并具有更高的刚度调节上限。

2)本发明通过多组对称布置的杠杆放大机构，不仅实现了快刀结构输出端更大位移输出，而且避免了寄生位移的产生，提高了快刀结构的稳定性和可靠性。

3)本发明中位移唯一输出口的设置可将不对称的刚度调节量取均值后输出，避免了以往近刀端刚度调节技术中不对称刚度调节量对于位移输出的直接影响，有效降低了快刀系统位移输出对于调节不对称的敏感性。

4)本发明整体结构简单，易加工、制造成本低、互换性高、抗疲劳能力强。

5)本发明通过弹性件的设置，通过对杠杆放大机构施加外力改变刚度，不会对整体机构产生破坏。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中整体结构图；

图2为本发明实施例中整体结构爆炸示意图；

图3为本发明实施例中整体结构的俯视图；

图4为本发明实施例中整体结构的主视图；

图5为本发明实施例中整体结构的左视图；

图中，1-驱动器，2-杠杆放大机构，3-第一柔性铰链，4-刀具，5-光栅架， 6-微调机构，7-光栅读数头，8-刀具连接块，9-柔性导向机构，10-框架，11- 弹簧，12-弹簧帽，13-微分头，14-驱动块，15-第三柔性铰链，16-第二柔性铰链。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种在远刀端调节刚度的快刀结构。下面结合说明书附图，对本发明做进一步的阐述。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3和图4以及图5所示，一种在远刀端调节刚度的快刀结构，包括框架10，框架10内部中空；杠杆放大机构2，设于框架10内，且杠杆放大机构2包括多组，每一组杠杆放大机构2 的一端内侧均与驱动器1的端部接触或连接；用于连接刀具4的刀具连接块8，刀具连接块8通过第一柔性铰链3与杠杆放大机构2的另一端连接，刀具连接块 8的两侧与框架之间设有柔性导向机构；微调机构6，穿过框架10设置，且微调机构6穿过框架10的端部与杠杆放大机构2接触，通过微调机构6的转动，以通过杠杆放大机构2调节作用于驱动器1的预紧力，从而实现整个结构的刚度调整。

其中，柔性导向机构为设于刀具连接块两侧的柔性板簧9，柔性板簧9与框架一侧侧边相互平行设置，柔性板簧9距离杠杆放大机构有设定距离，通过柔性导向机构的设置消除刀具在垂直于进给方向上的振动或寄生位移。

杠杆放大机构2为L型，杠杆放大机构2包括两组，两组均为柔性杠杆放大机构，两组杠杆放大机构2对称设于凹槽内，且驱动器1为压电陶瓷双向驱动器，杠杆放大机构2与所述柔性导向机构之间设有设定的距离，两组杠杆放大机构2 靠近刀具连接块8的端部之间间隔设定距离设置。

杠杆放大机构2的侧部与框架10具有设定的距离，杠杆放大机构2与所述框架10之间设置第二柔性铰链16，通过第二柔性铰链16的设置用于对杠杆放大机构2进行转向。杠杆放大机构2与驱动器1之间设置驱动块14，驱动块14 与杠杆放大机构2侧部之间设有第三柔性铰链15，杠杆放大机构2相对于设置第一柔性铰链3的另一端距离框架10有设定的距离，该端不与框架10连接，且第二柔性铰链16和第三柔性铰链15错位设置，第二柔性铰链16靠近杠杆放大机构2的端部设置。

刀具连接块8突出于所述框架10设置，避免对刀具运动的干扰，静态下，刀具连接块设于框架的中心线，且框架10、杠杆放大机构2、柔性板簧9、光栅架4和刀具连接块8为一体式结构，通过一块金属板切割加工而成。

框架10为矩形框，框架10在刀具连接块8的一侧设置光栅架5，光栅架5 为门型，横跨框架10的两侧设置，且光栅架5设于刀具连接块8的上方，光栅架5设置光栅读数头7，在所述刀具连接块8设置光栅尺，光栅尺沿着刀具连接块8的宽度方向(框架或光栅架的长度方向)设置，光栅尺与光栅读数头7上下设置以用于确定刀具连接块8的位移。

框架10设置调节孔，微调机构6穿过调节孔设置。微调机构6包括两组，两组微调机构6对称设于所述的框架10，每一微调机构包括微分头13、弹性件和固定帽，弹性件和固定帽均设于调节孔中，且弹性件的一端与所述杠杆放大机构侧部相抵，微分头13端部与固定帽相抵，且微分头13与调节孔螺纹连接。

弹性件为弹簧11，固定帽为弹簧帽，弹簧11一端顶住杠杆放大机构2的一端，另一端由弹簧帽12顶住，弹簧帽12与调节孔为轴孔间隙配合，同时在调节孔末端设有螺纹，微分头13通过螺纹固定在调节孔中，微分头13采用市售产品，而微分头顶杆顶住弹簧帽12。当旋转微分头13时，即可以微米级的精度旋进或旋出微分头顶杆，从而改变弹簧11对于压电陶瓷1的预紧力，进而改变整个结构的刚度。

在最优实施例中，两组微调机构与压电陶瓷驱动器设于同一直线，其他实施例中，可将微调机构相对于框架的位置前移或后退。

需要注意的是，本实施例中采用微分头来调整刚度，由于弹簧刚度K是已知的，使用微分头可精确调节弹簧的压缩长度X，由胡克定律F＝K*X可知预紧力F 的具体值，由此通过建立的系统动力学模型，可知结构具体刚度的改变量。这种在远刀端调节刚度的方式不仅能够提升刚度调节效率，而且能够获得刚度改变量的理论值，相应提高了刚度调整的准确度。

本实施例提供的一种在远刀端调节刚度的快刀结构，驱动器1进行驱动，从而通过杠杆放大机构2末端输出设定的伸长量，通过第一柔性铰链3的推出，再传递输出给刀具连接块8，从而对刀具的前后移动(刀具垂直于框架的长度方向设置，即刀具沿着框架的宽度方向移动)进行调整，因刀具连接块设于框架10 的中心线，整体结构对于应力的不对称施加不敏感，刀具连接块8末端是唯一的位移输出口，能够在一定程度上消除现有近刀端所施加刚度的差异。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。