[發明專利]一種壓電陶瓷驅動微進給刀架

有效

• 申請號: 202010374766.1
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111546087B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李東明;高天一;胡紅英;謝新鵬
• 申請（專利權）人: 大連民族大學
• 主分類號: B23Q1/26
• 分類號: B23Q1/26;B23B21/00
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;董彬

一種壓電陶瓷驅動微進給刀架，包括刀架基體前端刀具基座內緊固的金剛石刀具，刀架基體中部設有開槽，壓電陶瓷驅動器置于該空槽內并通過刀架尾部的螺栓預緊。刀架基體左右設有矩形槽，左側有通孔，放置電容位移傳感器并通過刀架基體左側面螺栓緊固。刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔。刀架基體前側設有對稱的交叉型柔性鉸鏈。其特征在于：刀架基體前側對稱布置有交叉型柔性鉸鏈。這種技術方案的應用，能夠提高刀架的結構剛度和固有頻率，使刀具的具備高分辨率、高定位精度、高固有頻率的特點。刀架切削加工性能優良，結構簡單緊湊，制造成本低廉，適合在超精密加工領域推廣。還可用于誤差補償和加工復雜曲面等其他用途。

技術領域

本發明涉及一種微進給刀架。

背景技術

隨著現代科學技術的高速發展，微電子技術、航空航天技術、光學技術、生物醫學技術等技術領域對產品的加工精度和表面質量以及加工效率都提出了更高的要求，精密、超精密加工技術已成為發展和制造高新技術產品的重要支柱，應用非常廣泛。傳統的加工方法不能滿足超精密加工的需求，而在超精密機床的設計中增加一個微進給機構來提高機床進刀系統的精度和剛度，是實現超精密加工的有效方法之一。壓電驅動微進給刀架切削力大、切削熱量小、加工件表面質量高、加工穩定、控制方便、生產效率高等優點，被廣泛應用于超精密加工領域。主要解決了工件加工精度，表面質量和加工效率的問題。

現有技術中的微進給刀架，多采用壓電陶瓷驅動器作為激勵源，雙平行四桿柔性鉸鏈作為導向機構，從而帶動固定在刀具基座前端的金剛石刀具實現往復進給運動。但這種雙平行四桿結構使得微動刀架的系統剛度和固有頻率較低，即降低了微進給刀架系統的重復定位精度和位移分辨率，容易在加工過程中出現共振，從而影響加工精度。本發明研制的壓電驅動微進給刀架采用對稱交叉型柔性鉸鏈驅動結構，該結構在滿足微進給系統驅動位移要求條件下，可以極大提高微進給刀架加工系統的剛度和固有頻率，減小機床振動、切削過程中刀具和材料屬性變化以及由切削力引起的靜態和動態變形等因素對其加工精度的影響，有效提到加工產品的表面質量。

發明內容

本發明的目的是針對以上不足和應用前景提供一種結構簡單，加工方便，用途廣泛的微進給刀架，本發明的技術解決方案是這樣實現的：

一種壓電陶瓷驅動微進給刀架，包括刀架基體，前端設有凹口的刀具基座，金剛石刀具被螺栓ⅰ緊固在刀具基座的凹口內，刀架基體的中部設有長槽，該長槽的前端設有方形通孔，壓電陶瓷驅動器置于該長槽上，并被刀架基體后端的六角螺栓預緊，壓電陶瓷驅動器的引線設在靠近底部的側邊上。刀架基體左右兩側設有對稱布置的矩形通孔ⅰ和矩形通孔ⅱ。刀架基體左側設有通孔縱向貫穿刀架基體，刀具基座左下固定測量擋板，底部設有引線的電容位移傳感器置于通孔內，電容位移傳感器前端與測量擋板接觸，并通過刀架基體左側螺栓ⅱ緊固；刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔。刀架基體前端設有的凹口兩內側與刀具基座的左右兩外側各形成一個缺口，在兩個缺口內各設有對稱布置的柔性導向機構，它的特點是：柔性機構設有相互對稱交叉安裝的長邊ⅰ和長邊ⅱ，長邊ⅰ的兩端分別與短邊ⅰ與短邊ⅱ的一端相連接，長邊ⅱ兩端分別與短邊ⅲ與短邊ⅳ的一端相連接，而短邊ⅰ與短邊ⅳ的另一端方向相反并分別與所述刀架基體的內側固定；而短邊ⅲ與短邊ⅱ的另一端方向相反并分別與刀具基座的外側固定；長邊ⅰ和長邊ⅱ之間設有夾角α，短邊ⅲ與刀具基座之間設有夾角β，長邊與短邊的結合部均設有圓弧。長邊ⅰ和長邊ⅱ之間的夾角為α，α取值范圍為60°-120°之間。短邊ⅲ與刀具基座之間設有夾角β，β取值范圍為30°-60°之間。長邊與短邊的連接處均設有圓弧，該圓弧的弧度R為0.5-2mm。刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔每側各3個。金剛石刀具被2只螺栓ⅰ緊固在刀架基體前端刀具基座內。壓電陶瓷驅動器被設在刀架基體后端的六角螺栓預緊。壓電陶瓷驅動器可以為平頭式自感知壓電陶瓷驅動器，也可以采用通用型壓電陶瓷執行器。

采用上述技術方案的本發明壓電陶瓷微進給刀架，通過一種簡單的對稱布置的交叉型柔性鉸鏈的應用，有效提高刀架的系統剛度和固有頻率，使刀具的具備高分辨率、高定位精度、高固有頻率的特點。刀架切削加工性能優良，結構簡單緊湊，制造成本低廉，適合在超精密加工領域推廣。還可用于誤差補償和加工復雜曲面等其他用途。