本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種提高數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法及磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，通過復(fù)合進(jìn)給對數(shù)控車床進(jìn)行精度補(bǔ)償?shù)姆椒ê湍K化精度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，該方法針對車床由于制造、磨損等多種因素形成的幾何誤差，由雙頻激光干涉儀進(jìn)行全行程范圍內(nèi)的進(jìn)給誤差測量，該誤差信號預(yù)處理后經(jīng)功率放大驅(qū)動模塊化補(bǔ)償機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的位移補(bǔ)償量，配合車床的宏量位移進(jìn)給進(jìn)行微位移進(jìn)給，校正車床精度。疊加以高頻振動信號作為驅(qū)動電壓驅(qū)動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行振動切削，可有效抑制切削時由摩擦產(chǎn)生的顫振現(xiàn)象，提高加工精度。彈性微位移機(jī)構(gòu)末端安裝ＬＶＤＴ型電感式位移傳感器作位置反饋調(diào)節(jié)，再通過ＤＳＰ芯片中的實(shí)時控制運(yùn)算形成閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)精密定位。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)專利涉及一種通過復(fù)合進(jìn)給提高機(jī)床加工精度的方法和模塊化誤差補(bǔ)償裝置， 具體的說，是涉及一種通過超磁致伸縮執(zhí)行器產(chǎn)生微位移補(bǔ)償和振動切削對機(jī)床誤差進(jìn)行 補(bǔ)償并提高機(jī)床加工精度的方法和裝置。
技術(shù)介紹
在精密和超精密加工技術(shù)的研究和發(fā)展過程中，精密和超精密機(jī)床起著決定性的作 用。傳統(tǒng)的超精密機(jī)床的精度主要是靠機(jī)床的基準(zhǔn)元件的精度達(dá)到的，然而，依靠繼續(xù)提 高超精密機(jī)床部件的精度來提高加工精度己十分困難，而且一些加工中產(chǎn)生的誤差很難消 除。因此，可以采用微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的精確微小位移，并在加工過程中對加工誤差 做出相應(yīng)補(bǔ)償。從機(jī)床加工誤差源的角度考慮，提高精度主要有誤差防止法和誤差(精度)補(bǔ)償法。 誤差防止法是試圖通過機(jī)床的設(shè)計和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差補(bǔ)償法是人 為地造出一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差。誤差防止法雖能減少原始誤差， 但靠提高機(jī)床制作精度來滿足精度要求有很大的局限性，即使可能，經(jīng)濟(jì)上的代價往往是 很昂貴的。而誤差補(bǔ)償法是一種既有效又經(jīng)濟(jì)(每臺補(bǔ)償實(shí)施成本僅為機(jī)床價格的5 10%)的提高機(jī)床精度手段，通過誤差補(bǔ)償技術(shù)可在精度不很高的機(jī)床上加工出高精度零 件。誤差補(bǔ)償技術(shù)不但可用于新造機(jī)床以提高其技術(shù)含量，也適合于已有機(jī)床的改造以避 免花巨資購買高精度機(jī)床。機(jī)床加工精度在線檢測是一門涉及光、電、機(jī)械、計算機(jī)等多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，是加 工測量一體化技術(shù)的重要組成部分，是保證工件加工精度的重要環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前急需開發(fā)研究的難題。目前，納米、埃米級超精密定位系統(tǒng)的致動元件大多使用壓電陶瓷材料，其輸出功率低, 且必須采取有效措施防止沖擊力和高驅(qū)動電壓造成的短路等問題。超磁致伸縮驅(qū)動元件輸 出位移是電致伸縮致動器的數(shù)十倍，且可低阻抗運(yùn)行。此外，稀土超磁致伸縮材料具有磁 致伸縮應(yīng)變大、磁-機(jī)耦合系數(shù)高、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在微位移驅(qū)動方面展現(xiàn)出廣 闊的應(yīng)用前景。磁致伸縮材料所固有的磁滯非線性也隨著控制理論的發(fā)展不斷得到改善， 但它的磁滯依然難以控制，極大的限制了機(jī)床加工精度的提高，所以很難在實(shí)際中應(yīng)用。而且機(jī)床的刀具在進(jìn)行切屑加工時，刀具會因刀具表面與工件表面相互作用而產(chǎn)生摩 擦，這種摩擦力的存在，使得刀具在進(jìn)給時不僅具有直線的位移，而且產(chǎn)生了垂直方向的 振動，這也使得刀具的進(jìn)給誤差無法線性化和規(guī)律化，也是精度難以控制和提高的另一個 重要因素。現(xiàn)也有一種超聲加工技術(shù)(t/SM， ，它是利用超聲振動的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中，產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕 作用來去除材料，以及利用超聲振動使工件表面產(chǎn)生物理變化而相互結(jié)合的加工方法。早 期的超聲加工主要依靠工具作超聲頻(2卵卵fiz以上)振動，使懸浮液中的磨料獲得沖擊 能量，從而去除工件材料達(dá)到加工目的，這種超聲波加工技術(shù)不僅成本高，價格昂貴，而 且它的作用機(jī)理也不適于在機(jī)床上使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種同時施加振動信 號的通過復(fù)合進(jìn)給提高數(shù)控機(jī)床的加工精度的補(bǔ)償方法和磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案 一種提高數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法，包括以下步驟步驟一、采用雙頻激光干涉儀測取車床刀具全行程范圍內(nèi)的進(jìn)給誤差；步驟二、將上述步驟一中的進(jìn)給誤差信號做平滑、去噪處理，同時施加一頻率為50 7WWz、振幅為的振動信號，并將該振動信號與處理后的進(jìn)給誤差信號疊加，后輸入數(shù)字信號處理芯片(/x *);步驟三、將輸入數(shù)字信號處理芯片的疊加信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)功率放大后，輸出給 磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，由磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完成位移補(bǔ)償和振動補(bǔ)償切屑。還包括步驟四、在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上設(shè)置位移傳感器，并測取磁致伸縮補(bǔ)償機(jī) 構(gòu)的誤差信號，經(jīng)平滑、去噪和濾除振動信號后輸入到數(shù)字信號處理芯片；步驟五、數(shù)字信號處理芯片根據(jù)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的誤差信號對全行程范圍內(nèi)的進(jìn) 給誤差進(jìn)行修正，并將修正后的誤差信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)功率放大后，輸出給磁致伸縮 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。本專利技術(shù)數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法，采用施加的一振動信號，并將該振動信號與車 床進(jìn)給誤差信號相疊加后轉(zhuǎn)換為電信號輸出給磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完成位移補(bǔ)償和振動補(bǔ) 償切削，在完成位移補(bǔ)償?shù)耐瑫r，通過振動補(bǔ)償很好的抑制了刀具在切削時自身產(chǎn)生的顫 振，從而使得位移補(bǔ)償線性化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)；1、 通過測量精度達(dá)納米級的激光干涉儀對不同的機(jī)床作標(biāo)定測量，處理后可得相應(yīng) 的進(jìn)給誤差(信號)，驅(qū)動模塊化精度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)工作即可作相應(yīng)的離線位移補(bǔ)償，克服了 加工精度在線檢測技術(shù)復(fù)雜的困難；2、 本專利技術(shù)采用位移補(bǔ)償和振動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合進(jìn)給補(bǔ)償對機(jī)床的加工精度進(jìn)行補(bǔ)償，是 在研究其加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，采取科學(xué)的技術(shù)手段，在原有補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，簡單的施 加一頻率為5fl 70tffiz、振幅為J 3;i柳的振動信號即可，在提高加工精度的同時，且無 需增加很多成本和設(shè)備。3、 本專利技術(shù)在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的上安裝有一位移傳感器，并通過該位移傳感器對刀 具的位移信號進(jìn)行反饋給數(shù)字信號處理芯片，通過處理單元的反饋處理，形成閉環(huán)精密運(yùn) 動控制，從而一步一步消除磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的磁滯特性對補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償精度所產(chǎn)生的 影響，使磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)在實(shí)際中應(yīng)用和普及。一種磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，包括基座以及設(shè)置在基座上的超磁致伸縮棒、線圈、輸出頂 桿、微位移機(jī)構(gòu)，在微位移機(jī)構(gòu)上設(shè)置有刀架以及刀具，所述的超磁致伸縮棒設(shè)置在線圈 內(nèi)，所述的輸出頂桿的一端與超磁致伸縮棒的一端連接，輸出頂桿的另一端與微位移機(jī)構(gòu) 固定連接用于驅(qū)動微位移機(jī)構(gòu)上的刀具，在所述的微位移機(jī)構(gòu)的末端還設(shè)置有一位移傳感器。在所述的磁致伸縮棒與輸出頂桿之間還設(shè)置有一用于調(diào)節(jié)磁致伸縮棒預(yù)緊力的碟簧。 所述的位移傳感器為丄FDT (線性可變差動變壓器型)電感式位移傳感器。 在所述的基座前端還設(shè)置有冷空氣進(jìn)口 ，該冷空氣進(jìn)口正對線圈內(nèi)。 在所述的微位移機(jī)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有變形槽。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 本專利技術(shù)在磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上安裝電感式位移傳感器，通過該傳感器將傳感器檢 測的位移信號對磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的進(jìn)給誤差信號進(jìn)行修正，從而提高了微位移進(jìn)給的補(bǔ) 償精度；2、 本專利技術(shù)磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)在磁致伸縮棒與輸出頂桿之間還設(shè)置有一碟簧，并通過 調(diào)節(jié)預(yù)緊螺釘對超磁致伸縮棒施加可調(diào)節(jié)大小的預(yù)緊力，防止超磁致伸縮棒在工作中被拉 斷，并可以大幅提高超磁致伸縮驅(qū)動器的能量轉(zhuǎn)換效率。3、 本專利技術(shù)在微位移機(jī)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有變形槽，變形槽成為受力時的變形空間，從而 通過受力后的彈性變形實(shí)現(xiàn)微位移，因此僅存在彈性材料內(nèi)部分子之間的內(nèi)摩擦，沒有間 隙，具有很高的位移分辨率，工作穩(wěn)定可靠，精度重復(fù)性好.4、 利用空氣壓縮機(jī)將冷卻空氣通入線圈腔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)冷卻，以消除或抑制溫度變化 對(7^/M熱變形的負(fù)面影響。5、 本專利技術(shù)的精度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，將2W 尸芯片嵌入機(jī)構(gòu)中， 可作為機(jī)床的通用精度校準(zhǔn)模塊。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的精度補(bǔ)償方法流程圖2是測取的行程誤差信號以及平滑去噪后的信號波形圖； 圖3是本專利技術(shù)的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)內(nèi)部俯視圖； 圖4是本專利技術(shù)的氣管接頭、預(yù)緊螺釘連接本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種提高數(shù)控車床加工精度的補(bǔ)償方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一、測取車床刀具全行程范圍內(nèi)的進(jìn)給誤差； 步驟二、將上述步驟一中的進(jìn)給誤差信號做平滑、去噪處理，同時施加一頻率為５０～１００Ｈｚ，振幅為１～３μｍ的振動信號，并將該振動信號與處理后的進(jìn)給誤差信號疊加，后輸入數(shù)字信號處理芯片； 步驟三、將輸入數(shù)字信號處理芯片的疊加信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)功率放大后，輸出給磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，由磁致伸縮補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完成位移補(bǔ)償和振動補(bǔ)償切屑。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王興松，曹軍，毛燕，王晨，馬魏，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：84[中國|南京]
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