[實用新型]一種三維橢圓振動切削裝置

有效

• 申請號: 201120431077.6
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN202317030U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 周曉勤;劉培會;林潔瓊;王剛;朱志偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23Q5/02;B23Q17/22
• 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

本實用新型屬于難加工材料切削和超精密切削加工領域，特別是涉及一種三維橢圓振動切削裝置。

背景技術

金剛石刀具具有許多無可比擬的優點，但是可切削的工件材料種類卻十分受限制。對于硬化鋼等黑色金屬材料、以及碳化硅等硬脆材料，在切削過程中會導致嚴重的金剛石刀具磨損，惡化加工表面質量并降低加工精度。為了擴展金剛石可切削材料的范圍，已提出了一些改進的切削加工方法，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，具有抑制刀具磨損、改善加工表面質量等諸多優點。

為了實施三維橢圓振動切削，其關鍵在于高性能的三維橢圓振動切削裝置。現有的三維橢圓振動切削裝置主要有以下兩種技術方案：

1、共振型驅動的三維橢圓振動切削裝置，即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，形成刀刃處的三維橢圓振動切削運動。這種裝置存在的問題是：①.刀桿設計困難，難以獲得所需的高階模態；②.三維橢圓振動切削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；③.采用開環控制，無法獲得不失真的三維橢圓振動切削運動。④兩個橫向彎曲振動與一個縱向振動之間存在動力耦合。

2、非共振型驅動的三維橢圓振動切削裝置，即金剛石刀具由三對相互垂直的壓電疊堆直接驅動，三對壓電疊堆通過沿對角線方向上的同一個預緊螺栓同時預緊，通過匹配三對壓電疊堆驅動信號的幅值和相位，可在刀位點處產生三維橢圓振動切削運動。這種裝置的問題在于：①.采用沿壓電疊堆對角線方向的預緊螺栓對三個壓電疊堆預緊的方法可能導致每個壓電疊堆獲得的預緊力不均勻；②.由于共用同一個預緊螺栓，當壓電疊堆驅動刀具沿各自軸線運動時，系統中存在運動耦合和力耦合，難以對系統進行建模和控制。

發明內容

本實用新型提供一種三維橢圓振動切削裝置，用以實現難加工材料的超精密切削加工。

本實用新型采取的技術方案是：

前擋板通過螺釘與基體固定連接，上擋板與基體固定連接，金剛石刀具與基體上的刀座通過緊定螺釘一固定連接，X向支撐梁通過緊定螺釘二與基體右側固定連接，X向壓電疊堆固定端與X向壓電疊堆座固定連接，X向壓電疊堆座通過X向預緊螺栓與X向支撐梁固定連接，X向不銹鋼球冠體與X向壓電疊堆自由端固定連接，該X向不銹鋼球冠體前端與X向右導向動臂頂接；

Y向壓電疊堆固定端通過下方的楔塊組與Y向支撐梁連接，楔塊組通過Y向預緊螺栓與Y向支撐梁固定連接，支撐梁通過緊定螺釘四與基體連接，Y向不銹鋼球冠體與Y向壓電疊堆自由端固定連接，該Y向不銹鋼球冠體前端與刀座頂接；

Z向壓電疊堆固定端與Z向壓電疊堆座固定連接，Z向壓電疊堆座通過Z向預緊螺栓與Z向支撐梁固定連接，Z向支撐梁通過緊定螺釘三與基體的X向右導向動臂和Y向左導向動臂連接，Z向不銹鋼球冠體與Z向壓電疊堆自由端固定連接，該Z向不銹鋼球冠體前端與刀座頂接；

X向電容位移傳感器與X向電容位移傳感器夾緊裝置固定連接，X向電容位移傳感器夾緊裝置通過X向電容位移傳感器緊定螺釘與基體左立柱固定連接；

Y向電容位移傳感器與Y向電容位移傳感器夾緊裝置通過Y向電容位移傳感器緊定螺釘固定連接，Y向電容位移傳感器夾緊裝置與基體固定連接；

Z向電容位移傳感器與Z向電容位移傳感器夾緊裝置固定連接，Z向電容位移傳感器夾緊裝置通過Z向電容位移傳感器緊定螺釘與基體固定連接；

基體是一個由線切割加工而成的整體機構，分為左、中、右三部分：

所述基體的左側部分包括左立柱和X向左導向動臂，該X向左導向動臂采用單軸鉸鏈，左立柱上開有通孔用于安裝電容位移傳感器，以及固定電容位移傳感器夾緊裝置的螺孔；

所述基體的中間部分是刀座部分，刀座向外突出，刀座與能實現Y和Z兩個方向的運動四組對稱的雙軸柔性鉸鏈鉸接，該四組對稱的雙軸柔性鉸鏈分別是左前下雙軸柔性鉸鏈、左前上雙軸柔性鉸鏈、左后下雙軸柔性鉸鏈、左后上雙軸柔性鉸鏈、右前下雙軸柔性鉸鏈、右前上雙軸柔性鉸鏈、右后下雙軸柔性鉸鏈、右后上雙軸柔性鉸鏈；

所述基體的右側部分有X向右導向動臂，該X向右導向動臂采用單軸鉸鏈。

本實用新型的優點在于：