[发明专利]一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声辅助切削机构，特别是关于一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构。

背景技术

天然单点金刚石刀具被广泛应用在超精密加工领域里，因为单点金刚石刃口半径极小，配用相应的超精密数控机床，加工有色金属可获得面形精度小于0.5μm，表面光洁度小于5nm的超精密镜面。但是，当前的单点金刚石切削技术难以加工铁基材料，因为加工过程中金刚石刀具碳原子和工件铁原子之间产生剧烈的热-化学反应，使刀具严重磨损，切削无法持续进行，加工表面质量很差。为了解决这个问题，一个有效的方法是采用超声振动辅助切削。超声振动辅助切削是指将一个额外的超声振动引入刀具和工件间的原有相对运动，使原本连续的切削过程变成有规律的间断切削。超声辅助切削具有减少平均切削力、热，显著降低刀具磨损、提高工件表面质量等优点。

超声辅助切削中，最关键的硬件设备是驱动刀具产生高频振动的激振机构。较常见的一类超声激振机构为直线式振动装置，该装置具有结构简单、制造容易等优点；但由于振动方向为直线运动，当刀具和工件分离时，后刀面会摩擦已加工表面，不但会破损工件表面质量，而且使刀具承受交变拉压应力，导致疲劳崩刃。较新颖的一种是椭圆激振机构，该振动装置使刀尖上产生椭圆振动轨迹，克服了直线激振机构的缺点。现有的椭圆振动切削装置，大多采用换能器——变幅杆结构，其工作在结构的谐振频率，无法改变振动频率，亦难以调整椭圆轨迹，无法适应切削参数、加工材料和表面形状的变化。同时，现有谐振式振动切削装置一般为圆截面棒状结构或其组合，不容易安装，需要设计特别的刀架固定切削装置，且切削装置结构受力不佳、刚度不高，制约了加工表面质量的提高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种宽工作频带、椭圆轨迹可调整、安装方便的辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构，其特征在于：它包括刀柄，所述刀柄上设置振动单元，所述振动单元上设置刀具；所述刀柄的一端呈阶梯状，其上层台阶的竖向面和水平面上设置一凹槽，其下层台阶的竖向面和水平面上也设置有一凹槽；所述振动单元包括呈“L”型的振动体，所述振动体包括相互垂直的横向振动杆和纵向振动杆，所述横向振动杆和纵向振动杆的交接处顶面设置有一凹槽；所述横向振动杆的端部一体设置有一横向端面，所述横向端面的另一侧依次设置有横向激振源和横向盖板；所述纵向振动杆的端部一体设置有一纵向端面，所述纵向端面另一侧依次设置有纵向激振源和纵向盖板；所述横向端面设置在所述刀柄的上层台阶的竖向面上，所述横向盖板和横向激振源位于所述上层台阶的凹槽内；所述纵向端面设置在所述刀柄的下层台阶的水平面上，所述纵向盖板和纵向激振源位于所述下层台阶的凹槽内；所述刀具设置在所述横向振动杆与所述纵向振动杆交接处的所述凹槽内。

所述横向振动杆和纵向振动杆上均开设有减应力槽。

所述刀具通过预紧螺钉固定在所述振动体上的所述凹槽内，所述预紧螺钉和螺纹孔均为短螺距，且所述刀具与所述振动体接触的端面设置有销柱，所述销柱与所述振动体上设置的销孔形成过盈配合。

所述横向端面通过预紧螺钉连接在所述刀柄上层台阶的竖向面上，且连接的通孔为滑孔；所述纵向端面通过预紧螺钉连接在所述刀柄下层台阶的水平面上，且连接的通孔也为滑孔。

所述横向激振源和纵向激振源为压电陶瓷片。