本发明专利技术公开了一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统。本机构主要包括主轴壳体、前滚动轴承组件、后滚动轴承组件、压电片驱动组件、主轴、前端盖、后端盖、螺栓组件等主要部件。为了实现抑制主轴颤振从而达到提高机床加工精度及生产效率的目的，本发明专利技术通过调节施加给叠层式压电片的输入电压，将叠层式压电片不同的输出位移经由柔性放大机构放大后作用在前滚动轴承组件上，并最终通过滚动轴承将力和位移施加在主轴上。其中所述压电片驱动组件共有四个，周向均布安装在主轴系统上，在最大程度上降低主轴的振动位移，达到抑制主轴颤振的目的。振的目的。振的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统
[0001]本专利技术公开了一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，属于机电、机械振动领域，特别涉及一种应对主轴不同振动的基于叠层式压电片的主动控制系统。
技术介绍
[0002]机械加工和智能制造中对零件的表面加工质量以及生产效率都有着更高的要求。机床的加工精度和生产效率直接影响到我国制造业的整体水平，在这种情况下我们对于高精度、高生产率的机床有着更高的要求和需求。而主轴作为机床的核心部件，其性能的好坏对机床而言有着及其重要的影响。
[0003]主轴颤振会导致刀具磨损、工件的表面精度降低等问题，这些问题一直困扰着相关领域的工作人员，因此科研人员逐渐对颤振发生的原因和抑制颤振的方法重视起来。由于国外高速切削机床关键技术的保密和封锁，提高机床主轴的动态性能和可靠性对于我国加工制造业来说将是一条漫长的技术发展道路，中国高速机床较之美、德、日等国仍有不足。
[0004]因此本专利技术提出基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，从而减轻主轴颤振以达到提高机床加工精度及生产效率的目的。
技术实现思路
[0005]为了尽可能消除主轴振动对机床的影响，本专利技术提供了一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，该系统具有极大程度上抑制主轴颤振的功能，利用基于柔性放大机构的叠层式压电片将主轴的振动位移降低到最小。
[0006]本专利技术基于上述技术问题给出的技术方案是：
[0007]一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，包括主轴壳体、前滚动轴承组件、后滚动轴承组件、压电片驱动组件、主轴、前端盖、后端盖。
[0008]所述前滚动轴承组件通过前端盖与主轴的轴肩进行定位，后滚动轴承组件通过套筒和主轴的轴肩进行定位。前滚动轴承组件和后滚动轴承组件同轴安装在主轴上。四个压电片驱动组件周向均布安装在前滚动轴承组件与主轴壳体之间，并通过与前端盖和主轴壳体之间的过盈配合来实现定位与安装，用于输出和放大压叠层式压电片产生的机械位移，并将力径向作用在前滚动轴承组件上，通过滚动轴承将力作用在主轴上，从而达到抑制主轴颤振。
[0009]进一步地，所述压电片驱动组件包括叠层式压电片、柔性放大机构、柔性铰链支撑架。其中所述柔性放大机构是对称结构，两边各有一个沟槽用于安装叠层式压电片，是位移的输入端。该柔性放大机构利用三级杠杆原理，采用一体化的混合型柔性铰链，该混合型柔性铰链将直圆型柔性铰链原理与叶型柔性铰链原理相结合，优点在于整个柔性放大机构是一个完整的零件，无需配合安装，避免了安装误差。在给叠层式压电片通入驱动电压之后，叠层式压电片产生的微位移直接作用在直圆型柔性铰链上，通过第一级的杠杆机构进行放
大，然后依次通过由叶型柔性铰链构成的第二级杠杆机构和第三级杠杆机构，位移总共经过了三次放大。最后将整个柔性放大机构装配到柔性铰链支撑架中，形成过盈配合。最后整个组件通过柔性铰链支撑架以过盈配合的方式安装在主轴系统上。
[0010]进一步地，柔性放大机构采用铝合金AL7075。
[0011]进一步地，柔性铰链支撑架的三面内侧均有矩形沟槽，用于安放柔性放大机构。
[0012]进一步地，前端盖内侧以及主轴壳体内侧各有四个周向均布的沟槽，用于安装压电片驱动组件，形成过盈配合完成压电片驱动组件的定位与安装。
[0013]进一步地，前滚动轴承组件包括有槽轴承外套筒、角接触球轴承I、角接触球轴承IV。其中角接触球轴承I和角接触球轴承IV并联安装在主轴上，有槽轴承外套筒径向安装在并联的角接触轴承外侧。其中有槽轴承外套筒具有四个周向均布的沟槽，便于更准确的与柔性放大机构的输出端配合，传递位移和力。
[0014]进一步地，后滚动轴承组件包括无槽轴承外套筒、角接触球轴承II、角接触球轴承III。其中角接触球轴承II和角接触球轴承III并联安装在主轴上，无槽轴承外套筒径向安装在并联的角接触轴承外侧。
[0015]进一步地，前端盖与主轴壳体之间通过前螺栓组件进行连接，所述前螺栓组件共包括六个均布的螺栓；后端盖与主轴壳体之间通过后螺栓组件进行连接，所述后螺栓组件共包括六个均布的螺栓。
[0016]本专利技术的技术优势是：在主轴系统上加入简易的机械结构，最小程度的改变机床主轴原有的机械结构，仅利用基于柔性放大机构的叠层式压电片——输入不同的驱动电压得到不同的输出位移，再经由柔性放大机构的放大后作用在主轴系统上，实现对机床主轴颤振的主动控制。
附图说明
[0017]图1是机械主轴结构的三维轴测图。
[0018]图2是机械主轴的示意图。
[0019]图3
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1是机械主轴的侧视图。
[0020]图3
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2是图3
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1中A
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A方向的剖视图。
[0021]图4是放大机构的正视图。
[0022]图5是放大机构的三维轴测图。
[0023]图6是有槽轴承外套筒的三维轴测图。
[0024]图7是柔性铰链支撑架的三维轴测图。
[0025]图8是前端盖的三维轴测图。
[0026]图9是主轴壳体的三维轴测图。
[0027]图中标号名称分别是：1、定位套筒；2、后端盖；3、无槽轴承外套筒；4、角接触球轴承I；5、主轴；6、主轴外壳；7、柔性铰链支撑架；8、柔性放大机构；9、叠层式压电片；10、有槽轴承外套筒；11、前端盖；12、螺栓；13、角接触球轴承II；14、角接触球轴承III；15、角接触球轴承IV。
具体实施方式
[0028]为能进一步了解本专利技术的内容及特点，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。
[0029]请参阅图1至图5，一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，主轴壳体6、前滚动轴承组件、后滚动轴承组件、压电片驱动组件、主轴5、前端盖11、后端盖2、螺栓组件等主要部件。
[0030]柔性放大机构是本专利技术的基础，柔性放大机构8与叠层式压电片9以及柔性铰链支撑架7三者共同构成了压电片驱动组件，压电片驱动组件可将输入电压转化为机械位移，并将输出位移放大之后作用在前滚动轴承组件上。压电片驱动组件在一定程度上决定了该专利技术的精度及作用效果。
[0031]请参阅图1和图3
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2，前滚动轴承组件通过前端盖11与主轴5的轴肩进行定位。后滚动轴承组件通过套筒1和主轴5的轴肩进行定位。前滚动轴承组件和后滚动轴承组件同轴安装在主轴5上。四个压电片驱动组件周向均布安装在前滚动轴承组件与主轴壳体6之间，并通过与前端盖11和主轴壳体6之间的过盈配合来实现定位与安装，主要是用于输出和放大叠层式压电片9产生的微位移，并将力径向作用在前滚动轴承组件上，最终通过并联的角接触球轴承I4和角接触球轴承IV15将力作用在主轴5上，从而达到抑制主轴颤振的目的。
[0032]请参阅图8和图9，前端盖11内侧以及主轴壳体6内侧各有四个周向均布的沟槽，用于安装压本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，其特征在于，包括主轴壳体、前滚动轴承组件、后滚动轴承组件、压电片驱动组件、主轴、前端盖和后端盖；所述前滚动轴承组件通过前端盖与主轴的轴肩进行定位，后滚动轴承组件通过套筒和主轴轴肩进行定位；前滚动轴承组件与后滚动轴承组件同轴安装于主轴上；四个压电片驱动组件周向均布安装于前滚动轴承组件与主轴壳体之间，并通过与前端盖、主轴壳体之间的过盈配合来实现定位与安装，用于输出和放大叠层式压电片产生的机械位移，并将力径向作用在前滚动轴承组件上，通过滚动轴承将力和位移作用在主轴上，从而抑制主轴颤振。2.根据权利要求1所述的一种基于叠层式压电片主动控制主轴颤振的机械系统，其特征在于：所述压电片驱动组件包括叠层式压电片、柔性放大机构、柔性铰链支撑架；其中所述柔性放大机构是对称结构，两边各有一个沟槽用于安装叠层式压电片，是位移的输入端；该柔性放大机构利用三级杠杆原理，采用一体化的混合型柔性铰链，该混合型柔性铰链将直圆型柔性铰链原理与叶型柔性铰链原理相结合，优点在于整个柔性放大机构是一个完整的零件，无需配合安装，避免了安装误差；在给叠层式压电片通入驱动电压之后，叠层式压电片产生的微位移直接作用在直圆型柔性铰链上，通过第一级的杠杆机构进行放大，然后依次通过由叶型柔性铰链构成的第二级杠杆机构和第三级杠杆机构，位移总共经过了三次放大；最后将整个柔性放大机构装配到柔性铰链支撑架中，形成过盈配合；最后整个压电片驱动组件通过柔性铰链支撑架以过盈配合的方式安装在主轴系统上。3.根据权利要求2所述的一种基于叠层式压电片主动控制主轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，郑慧莹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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