一種適于立式外圓加工的兩壓電垂直橢圓振動切削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微納與超精密制造以及難加工材料復(fù)雜光學(xué)零件加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適于立式外圓加工的兩壓電垂直橢圓振動切削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著科技快速發(fā)展，一些精密零件應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诹慵募庸ぞ纫笠苍絹碓礁?，金剛石刀具的?yīng)用對于提高精密零件加工的精度起到重要作用，但傳統(tǒng)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(dǎo)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(chǎn)生，振動切削將加工過程中的振動加以利用，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，提高了零件加工精度。
[0003]振動切削自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，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(xué)的社本英二教授等人首次提出橢圓振動切削(EllipticalVibrat1n Cutting)的概念，同時對于一些難加工材料例如硬質(zhì)合金等，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，研究的結(jié)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(zhì)量，對于脆性材料可以試驗(yàn)延展性切削等。
[0004]國內(nèi)外目前針對橢圓振動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Bremen大學(xué)，美國North Carolina大學(xué)和西北大學(xué)，新加坡國立大學(xué)，國內(nèi)的清華大學(xué)，吉林大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，南京航空航天大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，香港理工大學(xué)，廈門大學(xué)，河南理工大學(xué)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(zhuǎn)變性能，橢圓振動切削微溝槽加工性能，橢圓振動切削力等。
[0005]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(qū)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(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)，橢圓振動切削加工頻率最高可達(dá)到60KHZ，但是共振型的橢圓振動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，這樣一來，加工的頻率就不可調(diào)整，同時各階振型之間容易產(chǎn)生耦合，控制的難度較大，所以在裝置的設(shè)計(jì)方面，非共振型橢圓振動切削裝置逐漸受到研究人員的關(guān)注，非共振型橢圓振動切削裝置一般是由壓電疊堆驅(qū)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(jù)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(shè)計(jì)的橢圓振動切削裝置可以生成二維的橢圓運(yùn)動軌跡和三維的橢圓運(yùn)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(jù)目前的文獻(xiàn)記載，由柔性鉸鏈并聯(lián)式和柔性鉸鏈串聯(lián)式兩種，非共振型橢圓振動切削裝置一般都是根據(jù)臥式車床所設(shè)計(jì)，裝置上刀具形成的橢圓運(yùn)動軌跡平面與機(jī)床主軸中心線垂直，能夠形成有效的間歇性切削運(yùn)動，而對于立式車床，這類裝置上刀具形成的橢圓運(yùn)動軌跡平面與機(jī)床主軸中心線平行，不利于形成間歇性切削運(yùn)動。
[0006]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(lián)式的柔性鉸鏈，采用壓電疊堆進(jìn)行驅(qū)動，該并聯(lián)式裝置由于其各個運(yùn)動軸之間呈直角分布，容易產(chǎn)生運(yùn)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(lián)式的柔性鉸鏈，但是在設(shè)計(jì)過程中，動部件的質(zhì)量較大，難以實(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)提及的一種三維橢圓振動切削裝置也同樣具有上述局限，而針對于立式外圓車削的橢圓振動切削裝置尚未見報(bào)道。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有的非共振橢圓振動切削裝置還存在著一些不足。因此必須針對這些不足之處，研究并提出一種新的橢圓振動切削裝置，以實(shí)現(xiàn)金剛石切削各種難加工材料及不同面型的需求，獲得最佳的切削加工性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型提供一種適于立式外圓加工的兩壓電垂直橢圓振動切削裝置，從而實(shí)現(xiàn)立式車床上難加工材料的超精密切削加工。
[0009]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:壓電疊堆預(yù)緊螺釘二穿過串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體上的孔三對壓電疊堆二進(jìn)行預(yù)緊，壓電疊堆預(yù)緊螺釘一穿過串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體上的孔五對壓電疊堆一進(jìn)行預(yù)緊，位移測量擋板一和位移測量擋板二分別通過緊固螺釘安裝在串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體的孔六和孔八上，電容式位移傳感器一和電容式位移傳感器二分別對應(yīng)安裝在位移傳感器夾座一和位移傳感器夾座二上，位移傳感器夾座一和位移傳感器夾座二分別通過緊固螺釘安裝在串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體的孔四和孔二上，金剛石刀具通過緊固螺釘安裝在串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體前端的孔七上。
[0010]本實(shí)用新型的串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體上兩個相互垂直的柔性鉸鏈均采用矩形鉸鏈，且單個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(tǒng)。
[0011 ] 本實(shí)用新型的串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體采用線切割一體式加工成型。
[0012]本實(shí)用新型的串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體通過孔一、用螺釘與力傳感器連接。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)新穎，串聯(lián)一體式柔性鉸鏈基體由一次加工而成，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，該兩壓電垂直橢圓振動車削裝置的體積小，質(zhì)量小，易于實(shí)現(xiàn)橢圓振動的高頻切削加工。采用的柔性鉸鏈全部為平行四邊形，其優(yōu)點(diǎn)是能夠最大程