[发明专利]三维椭圆振动辅助切削装置设计方法

说明书

本发明公开了一种三维椭圆振动辅助切削装置的设计方法，属于数控加工应用领域。该方法通过考虑椭圆振动辅助切削装置的布置形式，设计三维椭圆振动辅助切削装置的最简示意图，基于最简示意图，进行柔性铰链结构设计和位移放大结构设计，构建三维椭圆振动辅助切削装置的结构示意图，根据结构示意图建立三维椭圆振动辅助切削装置几何模型，利用有限元软件对建立的三维椭圆振动辅助切削装置进行模型分析与优化，获得实现空间椭圆振动轨迹输出的三维振动辅助切削装置，由装置结构组成和柔性铰链机构的工作原理，通过理论分析构建三维椭圆振动辅助切削装置输出轨迹模型，验证设计的三维椭圆振动辅助切削装置的可行性。

技术领域

本发明属于数控加工领域，特别涉及三维超声椭圆振动辅助切削加工领域。

背景技术

随着精密及超精密加工技术的迅猛发展,椭圆振动切削由于其降低切削力、提高加工质量、抑止工件毛刺产生、增加刀具寿命等优点,已经受到广泛关注。鉴于对高精密零件的加工质量要求越来越高,学者们就进一步提高椭圆振动切削加工表面质量设计出了多种椭圆振动切削方法和配套的振动切削装置。由于三维椭圆振动辅助切削轨迹方法可形成空间椭圆振动轨迹，适合在复杂基准曲面上进行精密加工，提高复杂基准曲面上进行精密加工的工件表面质量、减小切削热和切削力、抑制刀具磨损，在精密加工领域受到越来越多的关注。在三维椭圆振动轨迹产生中，三维椭圆振动辅助切削装置的设计是关键和基础，目前三维椭圆振动辅助切削装置的设计中基本都是根据具体的设计要求来设计所满足要求的装置，设计存在偶然性，没有形成通用的设计方法有效指导三维椭圆振动辅助切削装置的设计。针对上述存在的技术问题，本发明提出了一种通用的三维椭圆振动辅助切削装置设计方法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种设计三维椭圆振动辅助切削装置的设计方法，以解决设计三维椭圆振动辅助切削装置缺乏的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种三维椭圆振动辅助切削装置的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)三维椭圆振动辅助切削装置最简示意图设计

根据输出三维椭圆轨迹的要求，设计实现输入与输出关系的机构布置结构示意图，形成能够保证输出三维椭圆轨迹需求的装置最简示意图；

为此，首先定义坐标系O-XYZ，坐标原点为O，在建立的坐标系中，要求输出的三维椭圆振动辅助切削轨迹可以表示为：

式中，A_x、A_y、A_z表示刀尖在X、Y、Z三个方向上输出的振幅，表示刀尖在X、Y、Z三个方向上输出的初相位，x、y、z表示刀尖在X、Y、Z三个方向上输出的位移；