一种超精密加工装置及检测控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超精密加工装置及检测控制系统，所述加工装置包括：基座、加工机构、配重机构，所述加工机构与所述配重机构的质量相等、结构相同，分别设置在所述基座上并以基座的中心线为基准呈镜像对称；所述加工机构包括第一壳体、第一致动器、位移传感器、第一预载荷件和第一刀具，所述位移传感器用于检测所述第一刀具的切削位移量。通过上述方式，本发明专利技术采用镜像对称设计，可以平衡切削过程中的惯性冲击，使移传感器可以得到精确的实际切削进给量；通过位移传感器将检测获得的相关信号输送至控制系统，控制系统能够根据实际切削进给量控制致动器按相应的振幅振动并沿轴向伸出或缩进，从而能够提高切削精度。

A kind of ultra precision machining device and detection control system

【技术实现步骤摘要】
一种超精密加工装置及检测控制系统
本专利技术涉及超高精度机械加工
，特别是涉及一种快刀伺服技术的加工装置及检测控制系统。
技术介绍
由于精确运动控制和测量/高精度加工刀具的进步，当前的超精度切割/研磨加工技术已经能够容易地以亚微米级以下的精度来执行加工。基于该高精度加工技术，申请号为200810188113.3的中国专利公开了一种加工装置，包括具有切割刃的加工部，被配置为使所述加工部轻微地振动的致动器，以及被配置为检测所述加工部的位移的位移传感器，其中，所述力传感器设置在切割刃和预载荷机构之间。该专利技术中力传感器检测到的力F＝F1+F2，F1为实际切削力，F2为机构惯性力(F2＝M*a，M为刀具、刀架和力传感器的质量之和，a为切削加速度)，此专利的缺点为：F值虽然接近实际切削力但仍然无法彻底消除惯性力影响，切削惯性冲击会使得机构基座相对机床滑块产生微位移，导致位移传感器测得的位移与实际切削量产生误差，从而影响切削精度。鉴于此，需要进一步改进现有加工装置结构，消除惯性力和惯性冲击的影响，检测实际切削力并使位移传感器可以得到精确的实际切削量。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种超精密加工装置及检测控制系统，能够平衡切削过程中的惯性冲击，消除惯性冲击的影响，使位移传感器可以得到精确的实际切削量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种超精密加工装置，包括：基座、加工机构、配重机构，所述加工机构与所述配重机构的质量相等、结构相同，分别设置在所述基座上并以基座的中心线为基准呈镜像对称；所述加工机构包括第一壳体，安装在第一壳体内的第一致动器、位移传感器，安装在第一壳体侧面上的第一预载荷件，以及安装在第一预载荷件上的第一刀具，所述第一预载荷件用于向所述第一致动器施加预载荷，所述位移传感器用于检测所述第一刀具的切削位移量。在本专利技术一个较佳实施例中，所述配重机构包括第二壳体，安装在第二壳体内的第二致动器、配重棒，安装在第二壳体侧面上的第二预载荷件，以及安装在第二预载荷件上的第二刀具。在本专利技术一个较佳实施例中，所述基座呈T型，包括水平底板、位于水平底板中部的竖直板，所述第一壳体、第二壳体的底端分别固定在所述竖直板上。在本专利技术一个较佳实施例中，所述第一壳体的底端与竖直板之间还设置有第一力传感器，所述第一力传感器用于检测加工机构传递的力，所述第二壳体的底端与竖直板之间还设置有第二力传感器，所述第二力传感器用于检测配重机构传递的力。在本专利技术一个较佳实施例中，所述位移传感器位于所述第一致动器内并与所述第一致动器同心装配，所述配重棒位于所述第二致动器内并与所述第二致动器同心装配。在本专利技术一个较佳实施例中，所述第一力传感器的中心线与第一致动器的中心线在同一直线上，所述第二力传感器的中心线与第二致动器的中心线在同一直线上。在本专利技术一个较佳实施例中，所述第一预载荷件、第二预载荷件均为柔性铰链。在本专利技术一个较佳实施例中，所述柔性铰链内侧设有与第一致动器、第二致动器端部相匹配的限位槽。在本专利技术一个较佳实施例中，所述第一致动器、第二致动器均为中空圆柱形压电陶瓷致动器。基于上述超精密加工装置，本专利技术还提供了一种超精密加工装置的控制系统，包括：函数发生器、PZT驱动器、锁相放大器、第一电荷放大器、第二电荷放大器、位移传感器放大器和计算机；所述函数发生器用于产生振动频率信号，并将产生的频率信号输入锁相放大器和PZT驱动器；所述PZT驱动器用于将频率信号转变为电压信号并同时输出至第一致动器、第二致动器驱动第一致动器、第二致动器振动；所述第一电荷放大器与第一力传感器电连接，第一力传感器检测到的第一致动器的输出力信号经由第一电荷放大器、锁相放大器和A/D转换板向计算机输入；所述第二电荷放大器与第二力传感器电连接，第二力传感器检测到的第二致动器的输出力信号经由第二电荷放大器、锁相放大器和A/D转换板向计算机输入；所述位移传感器放大器与位移传感器电连接，位移传感器将检测到的第一刀具的切削位移量信号经位移传感器放大器和A/D转换板向计算机输入；所述计算机用于对所述第一力传感器、第二力传感器、位移传感器输出的信号进行分析处理并计算出反馈信号，反馈信号通过D/A转换板输出至加法器，加法器将来自D/A转换板的输出信号与来自函数发生器的输出频率信号相加，并向PZT驱动器输入相加的信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术装置整体结构采用镜像对称设计，可以平衡切削过程中的惯性冲击，使结构更加稳定，由于抵消了惯性冲击，装置基座相对于机床滑块没有位移，因此位移传感器可以得到精确的实际切削进给量；同时，对称分布的力传感器可以分别实时测量机构惯性力和切削力，二者差值即为实际切削力，由此检测控制系统可以检测实际切削力；通过位移传感器、两个相同规格的力传感器将检测获得的相关信号输送至该加工装置的检测控制系统，使检测控制系统能够根据实际切削进给量、实际切削力控制致动器按相应的振幅振动并沿其轴向伸出或缩进，从而能够提高切削精度；此外本装置中将力传感器置于壳体末端，力传感器的质量和体积限制可以放宽，起始量程也可以放宽。附图说明图1是本专利技术高精度加工装置的立体结构示意图；图2是本专利技术高精度加工装置的爆炸图；图3是本专利技术高精度加工装置的主视图；图4是图3所示的A-A面剖视图；图5是本专利技术高精度加工装置的控制系统原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参考图1，本专利技术包括：一种超精密加工装置，包括：基座1、加工机构2、配重机构3，所述加工机构2与所述配重机构3的质量相等、结构相同，分别设置在所述基座1上并以基座1的中心线为基准呈镜像对称；具体地，所述基座1呈T型，包括水平底板11、位于水平底板11中部的竖直板12，所述加工机构2、配重机构3分别通过预紧螺栓20连接在竖直板12上，加工时，所述基座1放置在机床滑块上，所述配重机构3用于平衡所述加工机构2，使加工机构2在切削过程中对基座1产生的惯性冲击被抵消，从而基座1相对于机床滑块不会产生相对位移，进而使加工机构2内的位移传感器能够获得实际切削量。继续参考图2～4，所述加工机构2包括第一壳体21，安装在第一壳体21内的第一致动器22、位移传感器23，安装在第一壳体21侧面上的第一预载荷件24，以及安装在第一预载荷件24上的第一刀具25，所述第一预载荷件24用于向所述第一致动器22施加预载荷，所述位移传感器23用于检测所述第一刀具25的切削位移量；具体地，所述第一壳体21开设有容纳第一致动器22的安装腔211，所述第一预载荷件24为柔性铰链，所述柔性铰链通过紧固螺钉10安装在所述安装腔211上，所述第一致动器22通过所述柔性铰链预紧并水平支撑在所述安装腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超精密加工装置，其特征在于，包括：基座、加工机构、配重机构，所述加工机构与所述配重机构的质量相等、结构相同，分别设置在所述基座上并以基座的中心线为基准呈镜像对称；/n所述加工机构包括第一壳体，安装在第一壳体内的第一致动器、位移传感器，安装在第一壳体侧面上的第一预载荷件，以及安装在第一预载荷件上的第一刀具，所述第一预载荷件用于向所述第一致动器施加预载荷，所述位移传感器用于检测所述第一刀具的切削位移量。/n

【技术特征摘要】
1.一种超精密加工装置，其特征在于，包括：基座、加工机构、配重机构，所述加工机构与所述配重机构的质量相等、结构相同，分别设置在所述基座上并以基座的中心线为基准呈镜像对称；
所述加工机构包括第一壳体，安装在第一壳体内的第一致动器、位移传感器，安装在第一壳体侧面上的第一预载荷件，以及安装在第一预载荷件上的第一刀具，所述第一预载荷件用于向所述第一致动器施加预载荷，所述位移传感器用于检测所述第一刀具的切削位移量。


2.根据权利要求1所述的超精密加工装置，其特征在于，所述配重机构包括第二壳体，安装在第二壳体内的第二致动器、配重棒，安装在第二壳体侧面上的第二预载荷件，以及安装在第二预载荷件上的第二刀具。


3.根据权利要求2所述的超精密加工装置，其特征在于，所述基座呈T型，包括水平底板、位于水平底板中部的竖直板，所述第一壳体、第二壳体的底端分别固定在所述竖直板上。


4.根据权利要求3所述的超精密加工装置，其特征在于，所述第一壳体的底端与竖直板之间还设置有第一力传感器，所述第一力传感器用于检测加工机构传递的力，所述第二壳体的底端与竖直板之间还设置有第二力传感器，所述第二力传感器用于检测配重机构传递的力。


5.根据权利要求2所述的超精密加工装置，其特征在于，所述位移传感器位于所述第一致动器内并与所述第一致动器同心装配，所述配重棒位于所述第二致动器内并与所述第二致动器同心装配。


6.根据权利要求4所述的超精密加工装置，其特征在于，所述第一力传感器的中心线与第一致动器的中心线在同一直线上，所述第二力传感器的中心线与第二致动器的中心线在同一直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈任寰，牛增渊，霍德鸿，丁辉，
申请(专利权)人：苏州森鼎高端装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32