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CN106077726B - 数控机床及其全方位智能减振刀具 - Google Patents

数控机床及其全方位智能减振刀具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控机床的全方位智能减振刀具，包括刀柄和刀头，所述刀柄的一端用于连接刀架，所述刀柄的另一端用于连接刀头，所述刀柄侧面安装有用于检测所述刀柄振动变形的压电薄膜传感器，所述刀柄侧面还安装有根据所述压电薄膜传感器的检测信号驱动所述刀柄反向振动变形的压电薄膜驱动器，所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器相对设置，还包括通信连接所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器的控制器。产生较小的噪音，且不会破坏全方位智能减振刀具结构，保证全方位智能减振刀具的强度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、响应频带宽、振动控制的反应速度和适应性。本发明还公开了一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床。

Description

数控机床及其全方位智能减振刀具
技术领域
本发明涉及数控加工领域，特别是涉及一种数控机床的全方位智能减振刀具。此外，本发明还涉及一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床。
背景技术
在机加工领域数控机床被广泛应用，其具有较高的加工精度，但是在超精密数控切削加工过程中，刀具刚度不足及刀杆悬伸较长等情况下，极易产生振动，影响了加工精度和加工表面粗糙度，缩短了刀具使用寿命。
在现有技术中，一般可采用高强度的新型材料来增加刀具质量和静刚度来防止颤振，但成本较高，且材料减振的减振效果较差，对于高精度加工达不到要求；或通过增大系统阻尼系数使得振动的能量加速损耗，达到振幅迅速衰减的目的；或由一个自由质量反复冲击振动体而消耗其振动的能量，进而达到减振目的；或利用附加质量的动力作用，使弹性元件加在主系统的力与干扰力尽量平衡来减弱振动。上述减振方式均会产生较大的噪音，且需要在刀具上加工出空腔，将减振装置内置于刀具上，牺牲刀具的静刚度；以上振动控制技术反应速度比较慢且作用频域较窄，系统参数一旦设定就很难更改，无法适应振动形式不断变化的加工。
因此，如何提供一种具有较高强度、精度和反应速度的全方位智能减振刀具是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控机床的全方位智能减振刀具，具有较高强度、精度和反应速度。本发明的另一目的是提供一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床，具有较高强度、精度和反应速度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种数控机床的全方位智能减振刀具，包括刀柄和刀头，所述刀柄的一端用于连接刀架，所述刀柄的另一端用于连接刀头，所述刀柄侧面安装有用于检测所述刀柄振动变形的压电薄膜传感器，所述刀柄侧面还安装有根据所述压电薄膜传感器的检测信号驱动所述刀柄反向振动变形的压电薄膜驱动器，所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器相对设置，还包括通信连接所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器的控制器。
优选地，所述刀柄具体为圆柱刀柄，所述圆柱刀柄的底面分别连接所述刀架和所述刀头，所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器安装于所述圆柱刀柄的侧面。
优选地，包括均匀安装于所述圆柱刀柄侧面的多个所述压电薄膜传感器，还包括分别与每个所述压电薄膜传感器相对设置的多个所述压电薄膜驱动器。
优选地，所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器交替安装于所述圆柱刀柄侧面。
优选地，包括三个所述压电薄膜传感器和三个所述压电薄膜驱动器，一个所述压电薄膜传感器安装于所述圆柱刀柄正下方。
优选地，所述刀柄具体为长方体刀柄，所述长方体刀柄相对的两底面分别连接所述刀架和所述刀头，所述压电薄膜传感器和所述压电薄膜驱动器安装于所述长方体刀柄的侧面。
优选地，包括两个所述压电薄膜传感器和两个所述压电薄膜驱动器，一个所述压电薄膜传感器安装于所述长方体刀柄位于正下方的侧面，另一个所述压电薄膜传感器安装于所述长方体刀柄位于侧方的侧面。
优选地，所述压电薄膜传感器具体为聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，所述压电薄膜驱动器具体为聚偏氟乙烯压电薄膜驱动器。
本发明还提供一种数控机床，包括刀架以及安装于所述刀架的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述全方位智能减振刀具具体为上述任意一项所述的全方位智能减振刀具。
优选地，所述数控机床具体为三维切削数控机床。
本发明提供一种全方位智能减振刀具，包括刀柄和刀头，刀柄的一端用于连接刀架，刀柄的另一端用于连接刀头，刀柄侧面安装有用于检测刀柄振动变形的压电薄膜传感器，刀柄侧面还安装有根据压电薄膜传感器的检测信号驱动刀柄反向振动变形的压电薄膜启动器，压电薄膜传感器和压电薄膜驱动器相对设置，还包括通信连接压电薄膜传感器和压电薄膜驱动器的控制器。
工作过程中，振动会使刀柄弯曲，进而使压电薄膜传感器变形，由于压电薄膜材料的正压电效应，压电薄膜传感器内部产生极化现象，使电荷聚集，产生电信号，并发送至控制器。控制器将电信号反馈放大后，在压电薄膜驱动器上施加驱动电压，由于压电薄膜材料的逆压电效应，压电薄膜驱动器将产生使刀柄反向弯曲的力矩，从而使刀柄回复到平衡状态。
通过压电薄膜传感器即时感知刀柄不断变化的振动变形，压电薄膜驱动器同步产生与刀柄变形方向相反的力矩，以此达到抑制全方位智能减振刀具振动的目的。产生较小的噪音，且不会破坏全方位智能减振刀具结构，保证全方位智能减振刀具的强度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、响应频带宽、振动控制的反应速度和适应性。
本发明还提供一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床，由于上述全方位智能减振刀具具有上述技术效果，上述数控机床也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的全方位智能减振刀具的一种具体实施方式的主视示意图；
图2为本发明所提供的全方位智能减振刀具的一种具体实施方式的侧视示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种数控机床的全方位智能减振刀具，具有较高强度、精度和反应速度。本发明的另一核心是提供一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床，具有较高强度、精度和反应速度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的全方位智能减振刀具的一种具体实施方式的主视示意图；图2为本发明所提供的全方位智能减振刀具的一种具体实施方式的侧视示意图。
本发明具体实施方式提供的全方位智能减振刀具，包括刀柄3和刀头4，刀柄3的一端用于连接刀架，刀柄3的另一端用于连接刀头4。刀柄3的侧面安装有压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1，两者相对设置，同时还通信连接控制器。压电薄膜传感器2用于检测刀柄3振动变形，压电薄膜驱动器1根据压电薄膜传感器2的检测信号驱动刀柄3反向振动变形。控制器为用于接收信号并发出控制信号的实体结构，多种装置均能实现上述功能。
工作过程中，振动会使刀柄3弯曲，进而使压电薄膜传感器2变形，由于压电薄膜材料的正压电效应，压电薄膜传感器2内部产生极化现象，使电荷聚集，产生电信号，并发送至控制器。控制器将电信号反馈放大后，在压电薄膜驱动器1上施加驱动电压，由于压电薄膜材料的逆压电效应，压电薄膜驱动器1将产生使刀柄3反向弯曲的力矩，从而使刀柄3回复到平衡状态，从而对即时变形进行即时调整。
通过压电薄膜传感器即时感知刀柄不断变化的振动变形，压电薄膜驱动器同步产生与刀柄变形方向相反的力矩，以此达到抑制全方位智能减振刀具振动的目的。产生较小的噪音，且不会破坏全方位智能减振刀具结构，保证全方位智能减振刀具的强度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、响应频带宽、振动控制的反应速度和适应性。
本发明具体实施方式提供的全方位智能减振刀具，刀柄3可以有多种形状，具体为圆柱刀柄，圆柱刀柄的两底面分别连接刀架和刀头4，压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1安装于圆柱刀柄的侧面。可设置多个压电薄膜传感器2，多个压电薄膜传感器2均匀安装于圆柱刀柄侧面，还包括多个压电薄膜驱动器1，分别与每个压电薄膜传感器2相对设，即包括多组压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1，每组压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1均相对设置，能够从多个方向上检测振动变形并进行回复。且压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1交替安装于圆柱刀柄侧面，提高稳定性。
具体地，包括三个压电薄膜传感器2，相邻的两个压电薄膜传感器2之间呈120度角，其中一个压电薄膜传感器2安装于圆柱刀柄正下方。还包括三个压电薄膜驱动器1，相邻的两个压电薄膜驱动器1之间呈120度角，其中一个压电薄膜驱动器1安装于圆柱刀柄正上方。可根据情况调整压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1的数量和设置方式，均在本发明的保护范围之内。
刀柄3还可以为长方体刀柄，长方体刀柄相对的两底面分别连接刀架和刀头4，压电薄膜传感器2和压电薄膜驱动器1安装于长方体刀柄的侧面。即连接刀架和刀头4的两面为长方体刀柄的两个底面，其余四个面为侧面。包括两个压电薄膜传感器2和两个压电薄膜驱动器1，一个压电薄膜传感器2安装于长方体刀柄位于正下方的侧面，另一个压电薄膜传感器2安装于长方体刀柄位于侧方的侧面。压电薄膜驱动器1与压电薄膜传感器2相对设置。
根据上述各具体实施方式提供的全方位智能减振刀具的基础上，压电薄膜传感器2具体为聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，压电薄膜驱动器1具体为聚偏氟乙烯压电薄膜驱动器。聚偏氟乙烯材质具有柔韧性高、密度低、阻抗低和压电电压常数高等优点，也可采用其他材质，如陶瓷压电薄膜等，均在本发明的保护范围之内。
除了上述全方位智能减振刀具，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述全方位智能减振刀具的数控机床，该数控机床其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
具体地，上述数控机床可以是三维切削数控机床。
以上对本发明所提供的数控机床及其全方位智能减振刀具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数控机床的全方位智能减振刀具，包括刀柄(3)和刀头(4)，所述刀柄(3)的一端用于连接刀架，所述刀柄(3)的另一端用于连接刀头(4)，其特征在于，所述刀柄(3)侧面安装有用于检测所述刀柄(3)振动变形的压电薄膜传感器(2)，所述刀柄(3)侧面还安装有根据所述压电薄膜传感器(2)的检测信号驱动所述刀柄(3)反向振动变形的压电薄膜驱动器(1)，所述压电薄膜传感器(2)和所述压电薄膜驱动器(1)相对设置，还包括通信连接所述压电薄膜传感器(2)和所述压电薄膜驱动器(1)的控制器。
2.根据权利要求1所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述刀柄(3)具体为圆柱刀柄，所述圆柱刀柄的底面分别连接所述刀架和所述刀头(4)，所述压电薄膜传感器(2)和所述压电薄膜驱动器(1)安装于所述圆柱刀柄的侧面。
3.根据权利要求2所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，包括均匀安装于所述圆柱刀柄侧面的多个所述压电薄膜传感器(2)，还包括分别与每个所述压电薄膜传感器(2)相对设置的多个所述压电薄膜驱动器(1)。
4.根据权利要求3所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述压电薄膜传感器(2)和所述压电薄膜驱动器(1)交替安装于所述圆柱刀柄侧面。
5.根据权利要求4所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，包括三个所述压电薄膜传感器(2)和三个所述压电薄膜驱动器(1)，一个所述压电薄膜传感器(2)安装于所述圆柱刀柄正下方。
6.根据权利要求1所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述刀柄(3)具体为长方体刀柄，所述长方体刀柄相对的两底面分别连接所述刀架和所述刀头(4)，所述压电薄膜传感器(2)和所述压电薄膜驱动器(1)安装于所述长方体刀柄的侧面。
7.根据权利要求6所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，包括两个所述压电薄膜传感器(2)和两个所述压电薄膜驱动器(1)，一个所述压电薄膜传感器(2)安装于所述长方体刀柄位于正下方的侧面，另一个所述压电薄膜传感器(2)安装于所述长方体刀柄位于侧方的侧面。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述压电薄膜传感器(2)具体为聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，所述压电薄膜驱动器(1)具体为聚偏氟乙烯压电薄膜驱动器。
9.一种数控机床，包括刀架以及安装于所述刀架的全方位智能减振刀具，其特征在于，所述全方位智能减振刀具具体为权利要求1至8任意一项所述的全方位智能减振刀具。
10.根据权利要求9所述的数控机床，其特征在于，所述数控机床具体为三维切削数控机床。
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