[發(fā)明專利]一種基于拱形結(jié)構(gòu)特性的振動(dòng)切削裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611154443.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106735355B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王波;劉藝;張鵬;蘇星;劉遠(yuǎn)航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B27/00
• 分類號(hào): B23B27/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超精密車削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種快刀伺服器，具體涉及一種利用拱形結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)切削裝置。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的精密金剛石車削技術(shù)具有加工精度高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)非對(duì)稱自由曲面、非回轉(zhuǎn)對(duì)稱的微結(jié)構(gòu)表面的加工能力較弱，而隨著科技發(fā)展，此類零件在軍事、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，表面微結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加工精度要求越來越高。

針對(duì)這種情況，國外學(xué)者對(duì)普通車削加工的進(jìn)刀方式進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展了快速車削加工技術(shù)，通過沿進(jìn)刀方向施加激振力產(chǎn)生快速進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)，通過與主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，金剛石刀具實(shí)時(shí)跟蹤加工表面的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜面型零件或結(jié)構(gòu)的精密高效加工。振動(dòng)切削的工作頻率和行程成為這種切削技術(shù)的重點(diǎn)，工作頻率越高加工效率越高，行程越大則加工范圍越廣。

傳統(tǒng)的一維振動(dòng)切削裝置大多采用柔性鉸鏈作為導(dǎo)向、復(fù)位結(jié)構(gòu)。柔性鉸鏈具有剛度低、變形方向可控等特點(diǎn)，在壓電陶瓷的激勵(lì)下，可以實(shí)現(xiàn)小行程低頻率的振動(dòng)切削，一般工作頻率為幾十赫茲時(shí)行程為幾個(gè)或十幾個(gè)微米，且隨著工作頻率增大行程進(jìn)一步減小。其缺點(diǎn)在于固有頻率低，無法進(jìn)行更高頻率的切削加工，對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)能力的利用不夠充分。

拱形結(jié)構(gòu)常用于建筑與土木工程，在拱兩端能提供足夠支撐時(shí)，其抗變形能力極強(qiáng)，但支撐不足時(shí)，拱形結(jié)構(gòu)同樣容易變形，其作用類似于彈簧。許多生物在進(jìn)化中具有了拱形結(jié)構(gòu)，如鴕鳥足的中拱結(jié)構(gòu)，它為鴕鳥提供了巨大的彈跳力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是基于拱形結(jié)構(gòu)的可變形、剛度可控、變形后可產(chǎn)生巨大回復(fù)力等特性，提供一種能夠工作在更高頻率、具有更大行程的振動(dòng)切削裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于拱形結(jié)構(gòu)特性的振動(dòng)切削裝置，包括金剛石刀片、拱形結(jié)構(gòu)和壓電陶瓷，其中：

所述拱形結(jié)構(gòu)由拱體、拱臂和框架構(gòu)成，拱體的兩端由拱臂支撐，整體呈M形，拱臂固定在框架上；

所述金剛石刀片安裝在拱體中點(diǎn)上；

所述壓電陶瓷的軸線與振動(dòng)切削裝置的中心線重合，其一端與拱體中點(diǎn)接觸，另一端固定在框架上。

本發(fā)明中，所述拱體和拱臂的連接處圓角過渡。

本發(fā)明中，所述拱體、拱臂和框架一體加工而成。

本發(fā)明中，所述拱體和拱臂的厚度相等且小于框架的厚度。

本發(fā)明中，所述拱體和拱臂關(guān)于振動(dòng)切削裝置的中心線對(duì)稱分布。

本發(fā)明中，所述金剛石刀片安裝在拱體中點(diǎn)的凸臺(tái)上，凸臺(tái)上有螺紋孔，通過螺絲與金剛石刀片固定為一體。

本發(fā)明中，所述框架上設(shè)置有安裝孔。

拱形結(jié)構(gòu)在受力時(shí)，可以將力傳導(dǎo)至拱的支撐處，如果支撐處剛度較弱，整個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)變形，拱的中點(diǎn)可以獲得較大位移。在本發(fā)明的振動(dòng)切削裝置中，拱臂剛度不足，易變形。與柔性鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)相比，變形區(qū)域?yàn)楣绑w與拱臂，產(chǎn)生的回復(fù)力明顯大于柔性鉸鏈的細(xì)筋，同時(shí)振動(dòng)過程中的等效移動(dòng)質(zhì)量遠(yuǎn)小于柔性鉸鏈?zhǔn)剑蚨梢垣@得更高固有頻率，工作頻率范圍更大。

本發(fā)明將拱形結(jié)構(gòu)的特性應(yīng)用于振動(dòng)切削裝置上，與現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)切削裝置相比，具有如下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明體積小、質(zhì)量輕，易于加工制造和安裝，使用成本低。

（2）本發(fā)明對(duì)壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)能力的利用率更高，與同類型設(shè)計(jì)相比，壓電陶瓷的工作頻率更接近其固有頻率，輸出位移更接近其理論輸出極限。

（3）本發(fā)明具有更高的工作帶寬，在1000Hz的激勵(lì)信號(hào)下輸出不失真，且仍有較大位移響應(yīng)，具體輸出位移與所用的壓電陶瓷有關(guān)，但不低于其標(biāo)稱行程的四分之一。

（4）本發(fā)明具有更高的行程，在幾十赫茲的低頻激勵(lì)信號(hào)下，可輸出位移大于同類型設(shè)計(jì)，具體輸出位移與所用的壓電陶瓷有關(guān)，但不低于其標(biāo)稱行程的四分之三。

附圖說明

圖1為振動(dòng)切削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為拱形結(jié)構(gòu)受力與振動(dòng)仿真圖；

圖中：1-金剛石刀片，2-螺絲，3-拱體，4-拱臂，5-壓電陶瓷，6-安裝孔，7-框架，8-安裝螺栓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

如圖1所示，本發(fā)明的基于拱形結(jié)構(gòu)特性的振動(dòng)切削裝置由金剛石刀片1、拱形結(jié)構(gòu)和壓電陶瓷5構(gòu)成，其中：