[發(fā)明專利]一種微量進(jìn)給刀具及其方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010107676.2
• 申請(qǐng)日: 2010-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN101920347A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹林;陳興華;沈春根;張兵;王貴成;李尊棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B27/00
• 分類號(hào): B23B27/00;B23Q15/14
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，特指一種獲取微量進(jìn)給的方法及其微進(jìn)給刀具，用于超精密加工中，可提高機(jī)床微量進(jìn)給的分辨率，實(shí)現(xiàn)超精密機(jī)床的超薄切削、高精度尺寸加工。

背景技術(shù)

微量進(jìn)給刀具需要配備一套微進(jìn)給裝置。微進(jìn)給裝置是一種能產(chǎn)生微米、亞微米級(jí)進(jìn)給的裝置，它在精密加工，精密測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。微進(jìn)給裝置按其工作原理大致有機(jī)械傳動(dòng)式、彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、電致伸縮式、形狀記憶合金等類型。根據(jù)精密加工和精密測(cè)量的要求，僅有彈性變形式和電致伸縮式微進(jìn)給機(jī)構(gòu)比較適用。

一種性能優(yōu)良的微進(jìn)給裝置應(yīng)滿足下列性能要求：

(1)微進(jìn)給行程大、精度高、分辨率高。

(2)輸入與輸出的線性度高。

(3)運(yùn)動(dòng)部件摩擦力小、穩(wěn)定性高，重復(fù)精度高。

(4)剛度高。動(dòng)態(tài)特性好，具有高的頻率響應(yīng)。

(5)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

(6)制造工藝性好成本低。

現(xiàn)有的微進(jìn)給裝置與刀具的連接都存在中間的機(jī)構(gòu)，如彈性鉸鏈、特制的刀架等，使整套裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，同時(shí)由于部件之間還存在彈性接觸，接觸變形的非線性特性會(huì)導(dǎo)致微位移的輸出特性的不確定性，使位移輸出的控制變得困難。代表當(dāng)今精密機(jī)床最高水平的美國LLL實(shí)驗(yàn)室的大型光學(xué)金剛石精密車床，它的微進(jìn)給刀具采用了電致伸縮式微進(jìn)給機(jī)構(gòu)，整個(gè)刀具由壓電伸縮傳感器、支承彈性薄膜、差動(dòng)電容側(cè)微儀、基體和微位移傳動(dòng)部件組成，其分辨率可以達(dá)到2.5納米，響應(yīng)頻率很高。但由于不是直接驅(qū)動(dòng)刀具，刀具與壓電伸縮傳感器中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且壓電晶體本身存在輸入電壓與微位移的非線性關(guān)系和較大的蠕變，因此需要有高精度的差動(dòng)電容側(cè)微儀來測(cè)量實(shí)際的微進(jìn)給量，這使得微進(jìn)給刀具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。中國專利CN02110784.X提供了一種基于熱位移的微進(jìn)給系統(tǒng)，利用材料的熱脹冷縮的原理提供微進(jìn)給量，由熱變形體直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，提高了進(jìn)給精度，但由于材料的熱慣性較大，它的響應(yīng)速度慢，因此只適用于位置控制，難于在其上面安裝刀具實(shí)現(xiàn)切削加工所需要的動(dòng)作控制。

本發(fā)明提出了一種具有微量進(jìn)給功能的刀具，它能夠?qū)⑽⑦M(jìn)給裝置與刀具合為一體。由于不存在部件之間的接觸，位移的輸出可靠，重復(fù)性好。此外其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，能夠直接安裝在現(xiàn)有機(jī)床的刀架上，進(jìn)行精密的切削加工，可大幅度的提高現(xiàn)有機(jī)床的加工精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)給具有微量進(jìn)給功能的刀具，提高現(xiàn)有機(jī)床的加工精度。

一種具有微量進(jìn)給功能的刀具，由液壓缸缸體、刀片、圓柱刀桿、連接凸臺(tái)、連接油管、高精度的側(cè)微儀、調(diào)壓閥和精密壓力表組成。缸體的端面為薄壁端面，所述薄壁端面固定連接刀片和圓柱刀桿與缸體為一整體，缸體側(cè)面設(shè)有連接凸臺(tái)，所述連接凸臺(tái)的凸緣與機(jī)床的刀架連接。缸體另一端與連接油管連接，所述連接油管連接精密壓力表，精密壓力表與調(diào)壓閥連接。所述高精度的側(cè)微儀設(shè)于缸體的薄壁端面一側(cè)。刀具的微量進(jìn)給由充滿液壓油的圓柱缸體薄壁端面變形直接提供，微量進(jìn)給量的大小通過調(diào)整圓柱缸體內(nèi)的液壓油的壓力大小來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的刀具微進(jìn)給量是通過缸體的薄壁端面彈性變形提供的，而產(chǎn)生變形的力由缸體3內(nèi)的液壓油控制。為了獲得一定行程的微進(jìn)給量和足夠的系統(tǒng)剛度，應(yīng)嚴(yán)格控制缸體薄壁端面壁厚h。將半徑為r圓柱刀桿3直接與壁厚端面合為一體，刀片2通過螺釘1固定在圓柱刀桿3上，這有利于中間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，提高了進(jìn)給精度。為了不影響微進(jìn)給總行程，圓柱刀桿3的直徑為缸體內(nèi)徑的1/2～1/3，端面壁厚h為缸體內(nèi)徑d的8％～10％。缸體長(zhǎng)度L對(duì)微進(jìn)給總行程沒影響，因此可以根據(jù)其它需要確定長(zhǎng)度大小。在缸體側(cè)面加工出一個(gè)連接凸臺(tái)4，通過夾緊連接凸臺(tái)4以方便使其與機(jī)床的刀架連接。油壓P、壁厚h，圓柱刀桿半徑r，材料彈性模量E、泊松比v與微進(jìn)給量之間存在下面的近似關(guān)系：