[發明專利]一種鉸鏈并聯式橢圓振動切削柔性裝置

有效

• 申請號: 201310571676.1
• 申請日: 2013-11-17
• 公開（公告）號: CN103611947A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 林潔瓊;盧明明;周曉勤;王榮奇
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;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加工以及難切削材料復雜光學零件加工技術領域，特別是涉及一種鉸鏈并聯式橢圓振動切削柔性裝置。

背景技術

近年來隨著科技快速發展，一些精密零件應用領域對于零件的加工精度要求也越來越高，金剛石刀具的應用對于提高高精密零件加工精度起到重要作用，但傳統加工工藝限制，在加工含鐵金屬材料的時候，刀具磨損過快導致了零件加工精度難以有很大的提高，對于難加工材料的精密加工亟需在加工方法上有所突破，振動切削正是基于此需要而產生，振動切削將加工過程中的振動加以利用，其獨特的間歇性切削方式有效避免了金剛石刀具的快速磨損，延長了刀具的使用壽命，提高了零件加工精度。

振動切削自1966年成功應用在難加工材料的切削而受到全世界學者的廣泛關注，但是在加工過程中刀具后刀面具有的熨壓特性，無法在延長刀具壽命方面有很大的提高，1993年名古屋大學的社本英二教授等人首次提出橢圓振動切削（Elliptical?Vibration?Cutting）的概念，同時對于一些難加工材料例如硬質合金等，進行了相關試驗，研究的結果表明，橢圓振動切削可以抑制加工過程中的顫振，很大程度上減小了切削力，減少刀具磨損，延長刀具壽命，提高零件的表面加工質量，對于脆性材料可以試驗延展性切削等。

國內外目前針對橢圓振動切削的研究主要有日本的神戶大學和名古屋大學，德國的Bremen大學，美國North?Carolina大學和西北大學，新加坡國立大學，國內的吉林大學，北京航空航天大學，香港理工大學，廈門大學，河南理工大學等。研究涉及到的主要有橢圓振動切削裝置，橢圓振動切削路徑，橢圓振動切削控制，橢圓振動切削難加工材料塑脆轉變性能，橢圓振動切削微溝槽加工性能等。

橢圓振動切削裝置的研究主要分為壓電片換能器超聲振動型裝置和壓電驅動柔性鉸鏈型非共振型裝置。前者屬于共振型裝置，其主要的特點是在加工的過程中能夠實現較高的頻率，根據目前資料統計，橢圓振動切削加工頻率最高可達到60KHZ，但是共振型的橢圓振動切削裝置也存在一些內在的缺陷，例如在加工過程中需要根據裝置本身的固有頻率實現共振，進而進行切削加工，這樣一來，加工的頻率就不可調整，同時各階振型之間容易產生耦合，控制的難度較大，所以在裝置的設計方面，非共振型橢圓振動切削裝置逐漸受到研究人員的關注，非共振型橢圓振動切削裝置一般是由壓電疊堆驅動柔性鉸鏈而成，柔性鉸鏈的形狀、尺寸大小以及分配方式都對橢圓振動切削的效果有所影響。根據柔性鉸鏈的分配方式來合成金剛石刀尖的橢圓軌跡，目前設計的橢圓振動切削裝置可以生成二維的橢圓運動軌跡和三維的橢圓運動軌跡，不同的軌跡可以加工的范圍不同，橢圓振動切削非共振型裝置根據目前的文獻記載，由柔性鉸鏈并聯式和柔性鉸鏈串聯式兩種。

目前已有的非共振橢圓振動切削裝置專利可查的有：專利（CN102078967A）提及的一種混頻三維橢圓振動切削方法，采用的是并聯式的柔性鉸鏈，采用壓電疊堆進行驅動，該并聯式裝置由于其各個運動軸之間呈直角分布，容易產生運動耦合，控制起來很困難。專利（CN102059575A）提及的橢圓切削裝置，采用的是串聯式的柔性鉸鏈，但是在設計過程中，動部件的質量較大，難以實現高頻切削，參數調整的范圍有限，對于可匹配加工的機床要求較高，不具有普遍性。專利（CN102371359A）提及的一種三維橢圓振動切削裝置也同樣具有上述局限。

綜上所述，現有的非共振橢圓振動切削裝置還存在著一些不足。

發明內容

本發明提供一種鉸鏈并聯式橢圓振動切削柔性裝置，從而實現難加工材料的超精密切削加工。

本發明采取的技術方案是：

壓電疊堆一和壓電疊堆二分別通過預緊螺釘安裝在一體式柔性鉸鏈上的孔一和孔二中，位移測量擋板一和位移測量擋板二分別通過緊固螺釘與一體式柔性鉸鏈的兩個位移測量擋板安裝孔固定連接，電容式位移傳感器一和電容式位移傳感器二分別對應安裝在位移傳感器夾座一和位移傳感器夾座二上，該位移傳感器夾座一和位移傳感器夾座二分別與一體式柔性鉸鏈外側固定連接，金剛石刀具與一體式柔性鉸鏈前端的凹槽固定連接。

本發明所述一體式柔性鉸鏈上兩個并聯式柔性鉸鏈一和柔性鉸鏈二采用直圓形鉸鏈，且單個柔性鉸鏈中包含的四個小分支間成平行四邊形排列，形成單自由度封閉系統。

本發明一體式柔性鉸鏈上有與機床聯接孔。

本發明采用并聯式一體式柔性鉸鏈，極大的減少了加工裝配誤差，可以精確實現金剛石刀尖在空間的橢圓軌跡，且參數調整范圍較大，柔性裝置可以安裝在任意機床上，具有一定的普遍性。

本發明的優點是：