[发明专利]基于三压电驱动的椭圆振动切削辅助装置

说明书

技术领域

本发明涉及超精密切削加工，特别是涉及一种三压电驱动的大行程椭圆振动切削辅助装置。

背景技术

随着生产与科技的发展，近年来，一些硬脆材料，特别是一些非金属材料，由于其具有优良的性能而被广泛应用在电子、光学、仪器仪表、航天和民用工业等领域，硬脆材料的精密和超精密加工非常困难，传统的加工方法如磨削等已经不能够满足现代工业发展对精度的要求，因此具有优良性能的硬脆材料精密、超精密加工技术作为一个新的课题已经成为众多学者普遍关注的焦点。

众多学者的研究表明，寻求一种新的加工方法对于改善硬脆材料的精密、超精密加工是十分可行的。1927年美国物理学家R.W.Wood及L.A.Loomis发表的全世界第一篇关于超生加工原理的论文揭开了超声加工的序幕，日本在20世纪50年代初期，为了研究超声振动切削还专门成立了振动切削研究所，50年代末60年代初苏联和美国也开始了超声加工的研究工作。这些国家的研究成果表明超声振动切削在对改善一些材料的加工上具有显著的效果。随着1993年名古屋大学的社本英二教授等人首次提出二维振动切削(即椭圆振动切削Elliptical Vibration Cutting，以下简称EVC)，为难加工材料找到了一种相比一维振动切削更加有效的切削方式，相比于一维振动切削，EVC具有降低切削温度，更好改善刀具寿命，抑制毛刺生成等一系列优点，因此一些超声EVC装置应运而生，超声EVC一般是利用两个相互平行或垂直的变幅杆驱动刀具，虽然超声EVC利用共振的特性能够达到很高的振动切削频率，但是受限于变幅杆的设计、缺乏柔性等特点使其相对较难控制，利用压电叠堆(PZT)驱动柔性铰链的非共振型EVC虽然实现了参数的可调，但是对于一些自由曲面的加工方面具有一定的局限性，基于上述这些不足，学者们设计了三维椭圆振动切削(3D EVC)，3D EVC同样分为共振型和非共振型两种，共振型3D EVC同样存在由于刀杆设计的问题难以获得高阶模态、采用开环控制无法获得真椭圆运动轨迹、振动频率和椭圆运动参数依赖于刀杆的非线性结构动力学参数等 不足，相比于共振型3D EVC非共振型3D EVC能够通过控制压电叠堆的输入信号来得到不同轨迹的三维椭圆运动，在继承EVC优点的基础上，非共振3D EVC实现了参数可控，能够实现空间任意椭圆运动等优点，被学者们认为是目前最有前途的一种切削加工方式。

目前已有部分学者针对非共振型3D EVC装置进行了设计，其设计原理主要包括四压电驱动型和三压电驱动型。针对本发明的设计原理三压电驱动的非共振三维椭圆振动切削装置专利可查的有：专利(CN102059575A)提及的一种金刚石切削刀具椭圆运动生成装置，虽然在三垂直压电的驱动下刀尖处形成了三维椭圆运动轨迹，但是由于其刀座人工装配问题，在压电直接高频驱动刀座的情况下容易使得刀座跑偏，稳定性不强。专利(CN102371359A)提及的一种三维椭圆振动切削装置由于采用了双轴柔性铰链，使得工作过程中双轴柔性铰链两个运动方向存在较大的运动串扰。专利(CN104001943A)提及的一种三维椭圆振动车削刀架采用了截面为正方形的柔顺单元，虽然通过x/y两向旋转与z向移动实现了三维椭圆运动轨迹，但是难以保证装置的柔性。专利(CN103611988A)提及的一种非共振三维椭圆金刚石振动切削柔性装置，虽然具有较好的装配精度与运动单向性，但是采用的平行丝杆机构在高频往复运动过程中由于应力存在而容易产生疲劳失效，很难保证装置的使用寿命。

因此，虽然已经有学者设计出了相应的非共振3D EVC切削装置，但是三维EVC领域还处于待深入研究阶段，所研制的装置依然存在着稳定性差，使用寿命短，行程小，振动频率低等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于三压电驱动的大行程椭圆振动切削辅助装置，以解决现有技术中椭圆振动切削辅助装置使用寿命短、加工行程小、振动频率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

基于三压电驱动的椭圆振动切削辅助装置，该装置包括支撑机构1、柔顺导向机构2和驱动机构3，所述柔顺导向机构2和驱动机构3固定在支撑机构1上，所述驱动机构3以点接触方式驱动柔顺导向机构2；