[發明專利]一種金剛石切削刀具三維橢圓運動生成方法及裝置

有效

• 申請號: 201010559891.6
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102059575A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 周曉勤;王剛;林潔瓊;許蓬子;趙紹昕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23Q5/02
• 分類號: B23Q5/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于超精密切削和難加工材料切削技術領域，特別是涉及一種金剛石切削刀具三維橢圓運動生成方法及裝置。

背景技術

有復雜幾何特征的精密或超精密零件在許多重要的領域有著廣泛的應用需求。金剛石切削是一種創成復雜幾何精密或超精密零件的重要加工方法，但目前的主要困難之一在于：金剛石可切削的材料范圍還十分受限制。對于硬化鋼等黑色金屬材料和碳化硅等硬脆材料，金剛石切削刀具的切削加工性較差，往往導致嚴重的刀具磨損、惡化加工表面質量、以及降低加工精度。為了擴展金剛石可切削材料的范圍，學術界和工業界提出了一些改進的切削方法，例如低溫切削、碳飽和切削和橢圓振動切削等。迄今為止的研究表明：三維橢圓振動切削是最有發展前途的一種切削方法，具有減少切削力、抑制刀具磨損、改善加工表面質量等諸多優點。

三維橢圓振動切削的關鍵之一在于切削刀具三維橢圓運動的生成方法及裝置?，F有的三維橢圓振動切削裝置主要是在刀桿的側面分別貼附三對PZT陶瓷材料，通過信號發生器驅動每一對PZT致動器，分別產生刀桿的彎曲、伸縮和扭轉等三個微位移。當這三對PZT致動器的驅動信號頻率之整數倍與刀桿的高階模態固有頻率接近時將產生超諧共振，從而形成刀尖處的三維橢圓運動。這種三維橢圓運動生成方法及裝置的不足之處在于：①.刀桿設計困難，難以獲得所需的高階模態；②.三維橢圓運動的頻率和其它橢圓運動參數依賴于刀桿的非線性結構動力學參數，難以自主控制，缺乏柔性。

發明內容??????????????????????

本發明提供一種金剛石切削刀具三維橢圓運動的生成方法及裝置。以解決目前存的桿設計困難，難以獲得所需的高階模態；三維橢圓運動的頻率和其它橢圓運動參數依賴于刀桿的非線性結構動力學參數，難以自主控制，缺乏柔性的問題。

本發明采取的技術方案是，包括下列步驟：

（1）金剛石切削刀具由分別沿X向、Y向和Z向相互垂直布置的三個壓電疊堆直接驅動，分別對三個壓電疊堆施加正弦波驅動信號；通過主動調整這三個壓電疊堆驅動信號的初始相位，以使金剛石刀刃接觸點的位移輸出在X向與Z向之間始終保持相同的相位????????????????????????????????????????????????，在Y向始終與X向和Z向保持一定的相位差，由此實現金剛石刀刃在X-Y平面和Y-Z平面分別作橢圓運動，在X-Z平面保持直線運動；

（2）當金剛石切削刀具的前角及刃傾角非零時，其在X-Z平面內也具有切削能力，此時只需調整三個壓電疊堆的正弦波驅動信號之相位、和，使三者之間均保持一定的相位差、和，金剛石刀刃即可在X-Y平面、Y-Z平面和Z-X平面內均作橢圓切削運動；

（3）主動調整相互垂直布置的三個壓電疊堆驅動信號的幅值、頻率、以及金剛石刀刃接觸點的位移輸出在X-Y向之間或Y-Z向之間的相位差，即可實現金剛石切削刀具三維橢圓運動軌跡參數的自主控制。

本發明實現上述金剛石切削刀具三維橢圓運動生成方法的裝置的技術方案是：基體與基座通過定位銷和削邊定位銷限位、并通過螺釘一、螺釘二固定連接，Y向壓電疊堆下端通過Y向上楔塊與Y向下楔塊連接，Y向楔塊擋板與基體螺紋連接，Y向楔塊調整螺釘與Y向下楔塊頂接，Z向壓電疊堆下端通過Z向上楔塊與Z向下楔塊連接，Z向楔塊擋板與基體螺紋連接，Z向楔塊調整螺釘與Z向下楔塊頂接，X向壓電疊堆下端通過X向上楔塊與X向下楔塊連接，X向楔塊擋板與基體通過螺釘一、螺釘二、螺釘三、螺釘四螺紋連接，X向楔塊調整螺釘與X向下楔塊頂接，該三個壓電疊堆相互垂直布置、每個壓電疊堆的自由端皆固定一個不銹鋼球冠體、并分別與刀座?“球-平面”接觸連接，刀頭與刀體固定連接，刀體分別通過壓緊螺釘、側面壓緊螺釘與刀座固定連接，預緊螺栓一端與刀座通過錐面定位和螺紋固定連接、另一端通過預緊螺母與基體連接。

本發明的優點在于：通過直接驅動方式，使金剛石切削刀具三維橢圓運動的參數：頻率、幅值、方位等，皆可主動調整，從而獲得最佳的切削加工性。金剛石切削刀具三維橢圓運動的生成方法及裝置皆非常簡單，易于實施。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構軸側圖；

圖2是本發明裝置的結構俯視圖；

圖3是本發明裝置的基體軸側圖，顯示的是正面；

圖4是本發明裝置的基體軸側圖，顯示的是后面；

圖5是本發明裝置的刀座軸側圖；

圖6是本發明裝置的預緊螺栓結構示意圖；

圖7是本發明裝置的上楔塊結構示意圖；

圖8是本發明裝置的下楔塊結構示意圖；

圖9是本發明裝置的基體和基座連接剖視圖；