一種鉸鏈串聯(lián)式橢圓振動(dòng)切削柔性裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微納與超精密制造W及難切削材料復(fù)雜光學(xué)零件加工技術(shù)領(lǐng)域，特別 是設(shè)及一種較鏈串聯(lián)式楠圓振動(dòng)切削柔性裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技發(fā)展，近年來一些精密器械應(yīng)用中對于精密零件的精度要求也逐漸提 高，但是傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式的局限，導(dǎo)致了零件的精度無法發(fā)生質(zhì)的變化，金剛石刀具的 出現(xiàn)在一定程度上緩解了運(yùn)種困境，但是金剛石刀具對于一些含鐵金屬的加工，其優(yōu)勢不 能得到很好的體現(xiàn)，一些特殊的機(jī)械加工方式應(yīng)運(yùn)而生，振動(dòng)切削有效利用了機(jī)械加工過 程中振動(dòng)的特點(diǎn)，將缺陷加W利用，其獨(dú)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，增大了難加工材料的臨界切削深度，提高了材料加工效率 和零件加工精度。
[0003] 振動(dòng)切削于1966年成功應(yīng)用在難加工材料的切削而受到全世界學(xué)者的廣泛關(guān) 注，后稱為一維振動(dòng)切削，因?yàn)槠涞毒咧辉谝粋€(gè)方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致了一維振動(dòng)切削 中刀具后刀面對已加工工件表面形成變壓，加速了刀具的磨損，古屋大學(xué)的社本英二教授 等人于1993年首次提出楠圓振動(dòng)切削巧IlipticalVibration化tting)的概念，也稱二 維振動(dòng)切削，刀具的刀尖形成高頻的楠圓運(yùn)動(dòng)，其間歇的運(yùn)動(dòng)方式和摩擦力逆轉(zhuǎn)特點(diǎn)可W 很大程度上延長刀具壽命，社本英二教授對一些難加工材料進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，例如硬質(zhì)合 金等，研究的結(jié)果表明，楠圓振動(dòng)切削可W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(zhì)量，對于脆性材料可W實(shí)現(xiàn)延展 性切削等。
[0004] 國內(nèi)外目前針對楠圓振動(dòng)切削的研究主要有日本的神戶大學(xué)和名古屋大學(xué)，德國 的化emen大學(xué)，美國NcxrthCarolina大學(xué)和西北大學(xué)，新加坡國立大學(xué)，國內(nèi)的吉林大學(xué)， 北京航空航天大學(xué)，香港理工大學(xué)，廈口大學(xué)，河南理工大學(xué)等。研究設(shè)及到的主要有楠圓 振動(dòng)切削裝置，楠圓振動(dòng)切削路徑，楠圓振動(dòng)切削控制，楠圓振動(dòng)切削難加工材料塑脆轉(zhuǎn)變 性能，楠圓振動(dòng)切削微溝槽加工性能等
[0005] 楠圓振動(dòng)切削裝置的研究主要分為壓電片換能器超聲振動(dòng)型裝置和壓電驅(qū)動(dòng)柔 性較鏈型非共振型裝置。前者屬于共振型裝置，其主要的特點(diǎn)是在加工的過程中能夠?qū)崿F(xiàn) 較高的頻率，根據(jù)目前資料統(tǒng)計(jì)，楠圓振動(dòng)切削加工頻率最高可達(dá)到60KHZ，但是共振型的 楠圓振動(dòng)切削裝置也存在一些內(nèi)在的缺陷，例如在加工過程中需要根據(jù)裝置本身的固有頻 率實(shí)現(xiàn)共振，進(jìn)而進(jìn)行切削加工，運(yùn)樣一來，加工的頻率就不可調(diào)整，同時(shí)各階振型之間容 易產(chǎn)生禪合，控制的難度較大，所W在裝置的設(shè)計(jì)方面，非共振型楠圓振動(dòng)切削裝置逐漸受 到研究人員的關(guān)注，非共振型楠圓振動(dòng)切削裝置一般是由壓電疊堆驅(qū)動(dòng)柔性較鏈而成，柔 性較鏈的形狀、尺寸大小W及分配方式都對楠圓振動(dòng)切削的效果有所影響。根據(jù)柔性較鏈 的分配方式來合成金剛石刀尖的楠圓軌跡，目前設(shè)計(jì)的楠圓振動(dòng)切削裝置可W生成二維的 楠圓運(yùn)動(dòng)軌跡和=維的楠圓運(yùn)動(dòng)軌跡，不同的軌跡可W加工的范圍不同，楠圓振動(dòng)切削非 共振型裝置根據(jù)目前的文獻(xiàn)記載，由柔性較鏈并聯(lián)式和柔性較鏈串聯(lián)式兩種。
[0006] 目前已有的非共振楠圓振動(dòng)切削裝置專利可查的有：專利（CN102078967A)提及 的一種混頻=維楠圓振動(dòng)切削方法，采用的是并聯(lián)式的柔性較鏈，采用壓電疊堆進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 該并聯(lián)式裝置由于其各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間呈直角分布，容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)禪合，控制起來很困難。專 利（CN102059575A)提及的楠圓切削裝置，采用的是串聯(lián)式的柔性較鏈，但是在設(shè)計(jì)過程 中，動(dòng)部件的質(zhì)量較大，難W實(shí)現(xiàn)高頻切削，參數(shù)調(diào)整的范圍有限，對于可匹配加工的機(jī)床 要求較高，不具有普遍性。專利（CN102371359A)提及的一種S維楠圓振動(dòng)切削裝置也同樣 具有上述局限。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的非共振楠圓振動(dòng)切削裝置還存在著一些不足，因此必須針對運(yùn) 些不足之處，研究并提出一種新的楠圓振動(dòng)切削裝置，W實(shí)現(xiàn)金剛石切削各種難加工材料 及不同面型的需求，獲得切削加工最佳的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種較鏈串聯(lián)式楠圓振動(dòng)切削柔性裝置，從而實(shí)現(xiàn)難加工材料的超精 密切削加工。
[0009] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：金剛石刀具安裝在采用一體式加工的串聯(lián)柔性較鏈中 孔一處，Y向壓電疊堆由串聯(lián)柔性較鏈中孔十一內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，Z向壓電疊堆由裝置底 座中孔六內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，位移測量擋板通過緊固螺釘安裝在串聯(lián)柔性較鏈中孔二上， 位移傳感器夾座通過緊固螺釘與串聯(lián)柔性較鏈中孔五A和孔五B聯(lián)接，壓電疊堆頂板通過 緊固螺釘與串聯(lián)柔性較鏈中孔四A，孔四B，孔四C，孔四D聯(lián)接，串聯(lián)柔性較鏈由緊固螺釘 通過孔=A,孔=B，孔=C，孔=D分別與裝置底座上的孔十A，孔十B，孔十C，孔十D聯(lián) 接，電容式位移傳感器一安裝在位移傳感器夾座上，電容式位移傳感器二安裝在裝置底座 的孔屯上，并由緊固螺釘通過孔八進(jìn)行固定。
[0010] 本發(fā)明的串聯(lián)柔性較鏈上的Y向柔性較鏈與Z向柔性較鏈一和Z向柔性較鏈二采 取串聯(lián)的配置方式，每一部分柔性較鏈包含的四個(gè)小分支間成平行四邊形排列。
[0011] 本發(fā)明的裝置底座上有四個(gè)用于與機(jī)床連接的孔九。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的是結(jié)新穎，串聯(lián)式楠圓振動(dòng)切削柔性裝置的串聯(lián)柔性較鏈由線切 割一次加工成型，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，易于制造，且很大程度上減小了由于裝配造成的誤 差，柔性裝置的體積小，質(zhì)量小，易于實(shí)現(xiàn)柔性裝置的高頻加工；串聯(lián)柔性較鏈中的柔性較 鏈全部采用平行四邊形柔性較鏈，能夠充分保證運(yùn)動(dòng)的單向性，柔性裝置可W通過裝置底 座上四個(gè)孔安裝在任一機(jī)床上，適用性較強(qiáng)；由Z向和Y向壓電疊堆驅(qū)動(dòng)，采取的是非共振 的方式，楠圓參數(shù)可W由壓電疊堆驅(qū)動(dòng)信號來進(jìn)行調(diào)整空間楠圓的位置，該兩個(gè)壓電疊堆 驅(qū)動(dòng)分別驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的柔性較鏈，相互之間不存在禪合，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性裝置較高的控制精度。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明串聯(lián)柔性較鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明裝置底座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明壓電疊堆頂板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[001引圖6是本發(fā)明楠圓運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)調(diào)整圖；
[0019] 圖7是本發(fā)明的控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 金剛石刀具3安裝在采用一體式加工的串聯(lián)柔性較鏈2中孔一 201處，Y向壓電疊 堆5由串聯(lián)柔性較鏈2中孔十一 208內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，Z向壓電疊堆