[发明专利]一种适用于制作仿鲨鱼皮结构蒙皮的复合超声椭圆振动切削装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削装置，更特别地说，是指一种通过将超声椭圆振动切削技术和快速伺服刀架技术紧密地联合在了一起的复合超声椭圆振动切削装置，该切削装置能够适用于制作仿鲨鱼皮结构蒙皮。

背景技术

微结构表面加工广泛应用于军事、生物、医学等领域。尤其是微光学元件的加工制造，微结构表面的超精密加工更是起着至关重要的作用。现有的生物复杂，激光刻蚀等微结构表面加工技术不能加工真正的三维微结构表面，而超精密金刚石切削加工虽可以加工真正的三维微结构，但存在着对金刚石刀具磨损严重，效率低等缺点。

发明内容

本发明设计的复合超声椭圆振动切削装置是将超声椭圆振动换能器通过法兰盘固定在筒状伺服刀架的平台上，该超声椭圆振动换能器使刀头高频振动振动频率在20KHz以上，短轴振幅一般在1μm，可以显著提高工件加工效率，保证加工精度，增加刀具的使用寿命；筒状伺服刀架的最大行程在80μm。刚度为350N/μm，可以实现纳米级进给；天然单晶金刚石尖刀可加工真正复杂的三维微结构表面，且加工材料广泛；对于鲨鱼皮表面复杂的沟槽型微结构该设备可以实现精确快速地仿真加工，并根据不同部位鲨鱼皮沟槽结构的差异性进行快速地调整，实现仿鲨鱼皮结构蒙皮的无缝连接。

本发明的一种适用于制作仿鲨鱼皮结构蒙皮的复合超声椭圆振动切削装置，该切削装置由超声振动单元、筒状伺服刀架、中空式压电陶瓷和底座组成。金刚石刀具安装在超声振动单元的输出端上，超声振动单元置于中空式压电陶瓷内，中空式压电陶瓷置于筒状伺服刀架内，底座安装在筒状伺服刀架的端部。

本发明复合超声椭圆振动切削装置的优点在于：

①高频和低频的耦合，超声椭圆的高频振动与筒状伺服刀架的低频耦合。超声椭圆振动的频率一般在KHz以上，筒状伺服刀架的固有频率一般在2KHz以下。

②通过筒状伺服刀架上设有对称的四个弹性铰链，保证筒状伺服刀架结构对称，避免筒状陶瓷驱动刀架时发生偏转。弹性铰链可以无间隙传动，从而实现刀具的纳米级三维微结构表面形貌的加工精度。

③将超声椭圆振动切削装置的前盖板的一端设有成阶梯状法兰盘，有利于避免超声椭圆振动传到筒状伺服刀架上。

④在同一根紧固螺钉上设置两个不同结构的激励源，从而实现了刀尖的纵向和弯曲两个方向的超声振动。

附图说明

图1是本发明复合超声椭圆振动切削装置的外部结构图。

图1A是本发明复合超声椭圆振动切削装置的剖视图。

图1B是本发明复合超声椭圆振动切削装置的分解图。

图2是本发明超声振动单元中法兰前盖板的结构图。

图2A是本发明超声振动单元中第一激励源的结构图。

图2B是本发明超声振动单元中第一激励源的分解图。

图2C是本发明超声振动单元中第二激励源的结构图。

图2D是本发明超声振动单元中第二激励源的分解图。

图3是本发明底座的结构图。

图4是本发明筒状伺服刀架的结构图。

图4A是本发明筒状伺服刀架另一视角结构图。

图4B是本发明筒状伺服刀架再一视角结构图。

图4C是本发明筒状伺服刀架的正视图。

图4D是本发明筒状伺服刀架的A-A剖视图。

图5是本发明中空式压电陶瓷的结构图。

图中：1.筒状伺服刀架  11.空腔  12.上端面  13.沉头螺纹孔

14.刀架环体  141.A铰链  142.B铰链  143.C铰链  144.D铰链

145.插头孔  146.下端面  147.D螺纹孔  148.C通孔  2.超声振动单元

201.紧固螺钉  202.法兰式前盖板  221.法兰盘  222.B螺纹孔

223.凸台  224.C螺纹孔  225.变幅杆  226.刀具安装台

203.第一激励源  231.A铜片  232.B铜片  233.C铜片  234.A半环陶瓷

235.B半环陶瓷  236.C半环陶瓷  237.D半环陶瓷  204.中盖板

205.第二激励源  251.A铜片  252.B铜片  253.C铜片  256.A圆环陶瓷

257.B圆环陶瓷  206.后盖板  3.底座  31.凸台  32.凹槽

33.A通孔  34.A螺纹孔  4.刀具  5.中空式压电陶瓷  51.B通孔

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。