數(shù)控機床及其全方位智能減振刀具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具，包括刀柄和刀頭，所述刀柄的一端用于連接刀架，所述刀柄的另一端用于連接刀頭，所述刀柄側面安裝有用于檢測所述刀柄振動變形的壓電薄膜傳感器，所述刀柄側面還安裝有根據(jù)所述壓電薄膜傳感器的檢測信號驅動所述刀柄反向振動變形的壓電薄膜驅動器，所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器相對設置，還包括通信連接所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器的控制器。產生較小的噪音，且不會破壞全方位智能減振刀具結構，保證全方位智能減振刀具的強度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、響應頻帶寬、振動控制的反應速度和適應性。本發(fā)明還公開了一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床。
【專利說明】
數(shù)控機床及其全方位智能減振刀具
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工領域，特別是涉及一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具。此夕卜，本發(fā)明還涉及一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床?！颈尘凹夹g】
[0002]在機加工領域數(shù)控機床被廣泛應用，其具有較高的加工精度，但是在超精密數(shù)控切削加工過程中，刀具剛度不足及刀桿懸伸較長等情況下，極易產生振動，影響了加工精度和加工表面粗糙度，縮短了刀具使用壽命。
[0003]在現(xiàn)有技術中，一般可采用高強度的新型材料來增加刀具質量和靜剛度來防止顫振，但成本較高，且材料減振的減振效果較差，對于高精度加工達不到要求;或通過增大系統(tǒng)阻尼系數(shù)使得振動的能量加速損耗，達到振幅迅速衰減的目的；或由一個自由質量反復沖擊振動體而消耗其振動的能量，進而達到減振目的；或利用附加質量的動力作用，使彈性元件加在主系統(tǒng)的力與干擾力盡量平衡來減弱振動。上述減振方式均會產生較大的噪音， 且需要在刀具上加工出空腔，將減振裝置內置于刀具上，犧牲刀具的靜剛度；以上振動控制技術反應速度比較慢且作用頻域較窄，系統(tǒng)參數(shù)一旦設定就很難更改，無法適應振動形式不斷變化的加工。
[0004]因此，如何提供一種具有較高強度、精度和反應速度的全方位智能減振刀具是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具，具有較高強度、精度和反應速度。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床，具有較高強度、精度和反應速度。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具，包括刀柄和刀頭，所述刀柄的一端用于連接刀架，所述刀柄的另一端用于連接刀頭，所述刀柄側面安裝有用于檢測所述刀柄振動變形的壓電薄膜傳感器，所述刀柄側面還安裝有根據(jù)所述壓電薄膜傳感器的檢測信號驅動所述刀柄反向振動變形的壓電薄膜驅動器，所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器相對設置，還包括通信連接所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器的控制器。
[0007]優(yōu)選地，所述刀柄具體為圓柱刀柄，所述圓柱刀柄的底面分別連接所述刀架和所述刀頭，所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器安裝于所述圓柱刀柄的側面。
[0008]優(yōu)選地，包括均勻安裝于所述圓柱刀柄側面的多個所述壓電薄膜傳感器，還包括分別與每個所述壓電薄膜傳感器相對設置的多個所述壓電薄膜驅動器。
[0009]優(yōu)選地，所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器交替安裝于所述圓柱刀柄側面。
[0010]優(yōu)選地，包括三個所述壓電薄膜傳感器和三個所述壓電薄膜驅動器，一個所述壓電薄膜傳感器安裝于所述圓柱刀柄正下方。
[0011]優(yōu)選地，所述刀柄具體為長方體刀柄，所述長方體刀柄相對的兩底面分別連接所述全方位智能減振刀具和所述刀頭，所述壓電薄膜傳感器和所述壓電薄膜驅動器安裝于所述長方體刀柄的側面。
[0012]優(yōu)選地，包括兩個所述壓電薄膜傳感器和兩個所述壓電薄膜驅動器，一個所述壓電薄膜傳感器安裝于所述長方體刀柄位于正下方的側面，另一個所述壓電薄膜傳感器安裝于所述長方體刀柄位于側方的側面。
[0013]優(yōu)選地，所述壓電薄膜傳感器具體為聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，所述壓電薄膜驅動器具體為聚偏氟乙烯壓電薄膜驅動器。
[0014]本發(fā)明還提供一種數(shù)控機床，包括刀架以及安裝于所述刀架的全方位智能減振刀具，其特征在于，所述全方位智能減振刀具具體為上述任意一項所述的全方位智能減振刀具。[〇〇15]優(yōu)選地，所述數(shù)控機床具體為三維切削數(shù)控機床。
[0016]本發(fā)明提供一種全方位智能減振刀具，包括刀柄和刀頭，刀柄的一端用于連接刀架，刀柄的另一端用于連接刀頭，刀柄側面安裝有用于檢測刀柄振動變形的壓電薄膜傳感器，刀柄側面還安裝有根據(jù)壓電薄膜傳感器的檢測信號驅動刀柄反向振動變形的壓電薄膜啟動器，壓電薄膜傳感器和壓電薄膜驅動器相對設置，還包括通信連接壓電薄膜傳感器和壓電薄膜驅動器的控制器。
[0017]工作過程中，振動會使刀柄彎曲，進而使壓電薄膜傳感器變形，由于壓電薄膜材料的正壓電效應，壓電薄膜傳感器內部產生極化現(xiàn)象，使電荷聚集，產生電信號，并發(fā)送至控制器。控制器將電信號反饋放大后，在壓電薄膜驅動器上施加驅動電壓，由于壓電薄膜材料的逆壓電效應，壓電薄膜驅動器將產生使刀柄反向彎曲的力矩，從而使刀柄回復到平衡狀〇
[0018]通過壓電薄膜傳感器即時感知刀柄不斷變化的振動變形，壓電薄膜驅動器同步產生與刀柄變形方向相反的力矩，以此達到抑制全方位智能減振刀具振動的目的。產生較小的噪音，且不會破壞全方位智能減振刀具結構，保證全方位智能減振刀具的強度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、響應頻帶寬、振動控制的反應速度和適應性。
[0019]本發(fā)明還提供一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床，由于上述全方位智能減振刀具具有上述技術效果，上述數(shù)控機床也應具有同樣的技術效果，在此不再詳細介紹?！靖綀D說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所提供的全方位智能減振刀具的一種【具體實施方式】的主視示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明所提供的全方位智能減振刀具的一種【具體實施方式】的側視示意圖。【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的核心是提供一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具，具有較高強度、精度和反應速度。本發(fā)明的另一核心是提供一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床，具有較高強度、精度和反應速度。
[0023]為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0024]請參考圖1和圖2,圖1為本發(fā)明所提供的全方位智能減振刀具的一種【具體實施方式】的主視示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的全方位智能減振刀具的一種【具體實施方式】的側視示意圖。
[0025]本發(fā)明【具體實施方式】提供的全方位智能減振刀具，包括刀柄3和刀頭4,刀柄3的一端用于連接刀架，刀柄3的另一端用于連接刀頭4。刀柄3的側面安裝有壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1，兩者相對設置，同時還通信連接控制器。壓電薄膜傳感器2用于檢測刀柄 3振動變形，壓電薄膜驅動器1根據(jù)壓電薄膜傳感器2的檢測信號驅動刀柄3反向振動變形。 控制器為用于接收信號并發(fā)出控制信號的實體結構，多種裝置均能實現(xiàn)上述功能。
[0026]工作過程中，振動會使刀柄3彎曲，進而使壓電薄膜傳感器2變形，由于壓電薄膜材料的正壓電效應，壓電薄膜傳感器2內部產生極化現(xiàn)象，使電荷聚集，產生電信號，并發(fā)送至控制器?？刂破鲗㈦娦盘柗答伔糯蠛螅趬弘姳∧を寗悠?上施加驅動電壓，由于壓電薄膜材料的逆壓電效應，壓電薄膜驅動器1將產生使刀柄3反向彎曲的力矩，從而使刀柄3回復到平衡狀態(tài)，從而對即時變形進行即時調整。
[0027]通過壓電薄膜傳感器即時感知刀柄不斷變化的振動變形，壓電薄膜驅動器同步產生與刀柄變形方向相反的力矩，以此達到抑制全方位智能減振刀具振動的目的。產生較小的噪音，且不會破壞全方位智能減振刀具結構，保證全方位智能減振刀具的強度，并提高加工精度、加工表面粗糙度、響應頻帶寬、振動控制的反應速度和適應性。[〇〇28]本發(fā)明【具體實施方式】提供的全方位智能減振刀具，刀柄3可以有多種形狀，具體為圓柱刀柄，圓柱刀柄的兩底面分別連接刀架和刀頭4,壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1 安裝于圓柱刀柄的側面?？稍O置多個壓電薄膜傳感器2,多個壓電薄膜傳感器2均勻安裝于圓柱刀柄側面，還包括多個壓電薄膜驅動器1，分別與每個壓電薄膜傳感器2相對設，即包括多組壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1，每組壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1均相對設置，能夠從多個方向上檢測振動變形并進行回復。且壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1交替安裝于圓柱刀柄側面，提高穩(wěn)定性。[〇〇29]具體地，包括三個壓電薄膜傳感器2,相鄰的兩個壓電薄膜傳感器2之間呈120度角，其中一個壓電薄膜傳感器2安裝于圓柱刀柄正下方。還包括三個壓電薄膜驅動器1，相鄰的兩個壓電薄膜驅動器1之間呈120度角，其中一個壓電薄膜驅動器1安裝于圓柱刀柄正上方?？筛鶕?jù)情況調整壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1的數(shù)量和設置方式，均在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0030]刀柄3還可以為長方體刀柄，長方體刀柄相對的兩底面分別連接全方位智能減振刀具和刀頭4,壓電薄膜傳感器2和壓電薄膜驅動器1安裝于長方體刀柄的側面。即連接全方位智能減振刀具和刀頭4的兩面為長方體刀柄的兩個底面，其余四個面為側面。包括兩個壓電薄膜傳感器2和兩個壓電薄膜驅動器1，一個壓電薄膜傳感器2安裝于長方體刀柄位于正下方的側面，另一個壓電薄膜傳感器2安裝于長方體刀柄位于側方的側面。壓電薄膜驅動器 1與壓電薄膜傳感器2相對設置。[〇〇31]根據(jù)上述各【具體實施方式】提供的全方位智能減振刀具的基礎上，壓電薄膜傳感器 2具體為聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，壓電薄膜驅動器1具體為聚偏氟乙烯壓電薄膜驅動器。聚偏氟乙烯材質具有柔韌性高、密度低、阻抗低和壓電電壓常數(shù)高等優(yōu)點，也可采用其他材質，如陶瓷壓電薄膜等，均在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0032]除了上述全方位智能減振刀具，本發(fā)明的【具體實施方式】還提供一種包括上述全方位智能減振刀具的數(shù)控機床，該數(shù)控機床其他各部分的結構請參考現(xiàn)有技術，本文不再贅述。[〇〇33]具體地，上述數(shù)控機床可以是三維切削數(shù)控機床。
[0034]以上對本發(fā)明所提供的數(shù)控機床及其全方位智能減振刀具進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種數(shù)控機床的全方位智能減振刀具，包括刀柄(3)和刀頭(4)，所述刀柄(3)的一端 用于連接刀架，所述刀柄(3)的另一端用于連接刀頭(4)，其特征在于，所述刀柄(3)側面安 裝有用于檢測所述刀柄(3)振動變形的壓電薄膜傳感器(2)，所述刀柄(3)側面還安裝有根 據(jù)所述壓電薄膜傳感器(2)的檢測信號驅動所述刀柄(3)反向振動變形的壓電薄膜驅動器 (1 )，所述壓電薄膜傳感器(2)和所述壓電薄膜驅動器(1)相對設置，還包括通信連接所述壓 電薄膜傳感器(2)和所述壓電薄膜驅動器(1)的控制器。2.根據(jù)權利要求1所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，所述刀柄(3)具體為圓柱 刀柄，所述圓柱刀柄的底面分別連接所述刀架和所述刀頭(4)，所述壓電薄膜傳感器(2)和 所述壓電薄膜驅動器(1)安裝于所述圓柱刀柄的側面。3.根據(jù)權利要求2所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，包括均勻安裝于所述圓柱 刀柄側面的多個所述壓電薄膜傳感器(2)，還包括分別與每個所述壓電薄膜傳感器(2)相對 設置的多個所述壓電薄膜驅動器(1)。4.根據(jù)權利要求3所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，所述壓電薄膜傳感器(2) 和所述壓電薄膜驅動器(1)交替安裝于所述圓柱刀柄側面。5.根據(jù)權利要求4所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，包括三個所述壓電薄膜傳 感器(2)和三個所述壓電薄膜驅動器(1)，一個所述壓電薄膜傳感器(2)安裝于所述圓柱刀 柄正下方。6.根據(jù)權利要求1所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，所述刀柄(3)具體為長方 體刀柄，所述長方體刀柄相對的兩底面分別連接所述全方位智能減振刀具和所述刀頭(4)， 所述壓電薄膜傳感器(2)和所述壓電薄膜驅動器(1)安裝于所述長方體刀柄的側面。7.根據(jù)權利要求6所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，包括兩個所述壓電薄膜傳 感器(2)和兩個所述壓電薄膜驅動器(1)，一個所述壓電薄膜傳感器(2)安裝于所述長方體 刀柄位于正下方的側面，另一個所述壓電薄膜傳感器(2)安裝于所述長方體刀柄位于側方 的側面。8.根據(jù)權利要求1至7任意一項所述的全方位智能減振刀具，其特征在于，所述壓電薄 膜傳感器(2)具體為聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，所述壓電薄膜驅動器(1)具體為聚偏氟乙 烯壓電薄膜驅動器。9.一種數(shù)控機床，包括刀架以及安裝于所述刀架的全方位智能減振刀具，其特征在于， 所述全方位智能減振刀具具體為權利要求1至8任意一項所述的全方位智能減振刀具。10.根據(jù)權利要求9所述的數(shù)控機床，其特征在于，所述數(shù)控機床具體為三維切削數(shù)控 機床。
【文檔編號】B23B27/00GK106077726SQ201610718757
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發(fā)明人】湯暉, 李宏城, 曾昭和, 邱遷, 高健, 陳新, 王素娟, 王晗, 楊志軍, 陳云, 張攬宇
【申請人】廣東工業(yè)大學