[发明专利]具有恒力输出的超磁致伸缩执行器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于磁致伸缩执行器领域，特别涉及一种以超磁致伸缩棒为核心元件的具有恒力输出的超磁致伸缩执行器及控制方法。

背景技术

在精密、超精密加工等制造业领域，具有高位置分辨率、大输出力、快速响应能力和低蠕变等高性能的微位移执行器是关键单元之一。目前，一些类型的微位移执行器具有上述的部分性能，例如电热微位移执行器、电磁微位移执行器、压电陶瓷执行器以及形状记忆合金执行器等，但是这些执行器不同时具备满足超精密加工要求的所有重要性能。伴随着具有大磁致伸缩系数(1500×10^-6～2000×10^-6)、高机电耦合系数，响应速度快等优异特性的超磁致伸缩材料的出现，一种兼具上述所有性能的执行器得到了发展。

超磁致伸缩执行器是利用超磁致伸缩材料在外加磁场作用下发生形变这一特性，实现电磁能向机械能转换的一种换能器。目前在机械加工领域中，主要是利用超磁致伸缩执行器输出的微量位移实现高分辨率的微量进给、小尺寸非圆车削、深孔及异型孔加工、以及机床的振动主动控制等。例如，在2007年International Journal of Advanced Manufacture Technology第33卷的379-388页，发表的Control of a dual stage magnetostrictive actuatorand linearmotor feed drive system中，Tong等以线性马达和超磁致伸缩执行器分别作为粗进给驱动器和微进给驱动器研制了一个双级进给驱动系统。在2007年Joumal of Manufacturing Processes第9卷的75-86页，发表的Assessing the performance of a magnetostrictive-actuated tool holder to achieveaxial modulations with application to dry deep hole drilling中，Filipovic和Sutherland提出了一种以超磁致伸缩执行器作为刀柄的铝合金深孔干钻削技术。在2004年浙江大学学报(工学版)第38卷的1185-1189页，发表的基于超磁致伸缩材料的活塞异销孔加工原理研究中，邬义杰等通过将超磁致伸缩材料嵌入到刀具中研制了一种活塞异形销孔加工系统。但是，目前尚无有关利用超磁致伸缩执行器的输出力来实现恒力切削的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，即在恒力切削应用领域中现有超磁致伸缩执行器技术的不足，设计一种以超磁致伸缩棒作为核心元件，以一个线圈为超磁致伸缩棒同时提供偏置磁场和驱动磁场，以电工纯铁材料的圆筒作为主磁轭的超磁致伸缩执行器，并提出一种能够使超磁致伸缩执行器具有恒力输出的控制方法，以达到超磁致伸缩执行器在电流和外力共同作用下具有恒力输出的目的。

本发明采用的技术方案是：具有恒力输出的超磁致伸缩执行器，其特征是，超磁致伸缩执行器为轴对称式结构；圆桶状的柱体17安装在底部带有圆形凸台且中心处开有圆形凹槽的圆桶状的外套13的圆形内腔底部，下导磁体15安装在柱体17的圆形内腔底部，圆筒磁轭5安装在下导磁体15上部，绕有线圈6的线圈骨架8安装在圆筒磁轭5内腔中，使线圈骨架8下端面与下导磁体15的上表面接触；不锈钢套管16安装在线圈骨架8的内孔中，下导向块12依次穿过下导磁体15、不锈钢套管16中心处的通孔，并使下导向块12的下端面与柱体17的内腔底部接触；霍尔传感器14通过非导磁性胶11固定在下导向块12上表面的中心处，不锈钢钢圈10、导磁垫片9、超磁致伸缩棒7分别从下导向块12上表面由下至上依次安装在不锈钢套管16的内孔中；中心处具有圆形凹槽的上导向块21安装在超磁致伸缩棒7的上面，中心处带有通孔的上导磁体20安装在线圈骨架8的上面，上导向块21与线圈骨架8和上导磁体20之间具有一定的间隙；中心处带有通孔的上端盖3通过均匀分布的四只上端盖固定螺栓18固定在柱体17上部，阶梯轴形状的传递轴1下端安装在上导向块21中心处的凹槽内，穿过传递轴1上部的碟形弹簧23安装在传递轴1的上表面a处，上端为六角形且具有外螺纹的预紧套2穿过传递轴1的上部，传递轴1与上端盖3、碟形弹簧23、预紧套2之间具有一定的间隙；预紧套2与具有螺纹通孔的顶盖22通过螺纹配合将碟形弹簧23压缩，顶盖22通过均匀分布的四只顶盖固定螺栓19与外套13固定连接，安装在外套13侧面的均匀分布的四只紧定螺钉4将上端盖3和柱体17在径向上锁紧；