[实用新型]一种振动辅助金刚石刀具旋转车削装置

说明书

技术领域

本实用新型属于超精密切削及难加工材料复杂光学零件加工技术领域，特别是涉及一种振动辅助金刚石刀具振动旋转车削装置及其实现方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，有复杂几何特征的精密和超精密零件不仅在军事、航空航天工业中得到广泛应用，而且在越来越多的民用工业中也有着日益广泛的应有需求。金刚石切削是一种创成复杂几何精密或超精密零件的重要加工方法，但金刚石可切削的材料范围却十分受限制，对于硬化钢等黑色金属材料和碳化硅等硬脆材料，其切削加工性较差，切削过程中往往导致严重的刀具磨损、加工表面恶化和加工精度降低。为了扩展金刚石刀具可切削材料的范围，近年来提出了一些先进的切削方法，例如振动切削、碳饱和切削及低温切削等。迄今为止的研究表明：振动切削是最有发展前途的一种切削方法，具有减少切削力、减少切削热、抑制刀具磨损、改善加工表面质量等诸多优点。

振动切削方法通过在常规的切削刀具上附加小幅高频振动来实现。目前振动切削发展经历了三个阶段；第一，一维振动切削于1966年成功应用在难加工材料的切削而受到全世界学者的广泛关注；第二，二维振动切削在1993年被日本名古屋大学的社本英二教授等人首次提出；第三，3D EVC是在EVC的基础上发展而来，吸取了 EVC所具有的的优点，但以椭圆振动切削为主体的振动切削从日本宇都宫大学的隈部淳一郎教授最初提出振动切削理论到目前日本名古屋大学Shamoto发展的三维椭圆振动切削，很多学者对振动切削进行了有益的探讨和研究，目前国外对振动切削问题的研究主要有日本的神户大学和名古屋大学，德国的Bremen大学，美国North Carolina 大学和西北大学，新加坡国立大学等；国内振动切削问题的研究主要集中在吉林大学，北京航空航天大学，香港理工大学，厦门大学等几所高校。

基于振动切削装置的研究主要分压电片换能器超声振动型装置和压电驱动柔性铰链非共振型装置。前者属于共振型装置，其主要特点是在加工的过程中能够实现较高的频率，但是共振型装置也存在一些内在的缺陷，例如在加工过程中需要根据装置本身的固有频率实现共振进行切削加工，这样一来，加工的频率就不可调整，同时各阶振型之间容易产生耦合，控制难度大；后者属于非共振型装置，其主要特点是可以主动调整金刚石刀尖的运动频率与幅值等参数，对于不同材料和表面的加工有较强的适应性。所以在装置的设计方面，非共振型装置逐渐受到研究人员的关注。在振动切削应用中，切削的过程中存在间歇切削特性和摩擦力逆转特性，很大程度上延长了刀具寿命，减小了切削力，是目前最具潜力的一种机械加工方式。其目前还是存在着一些问题，第一：振动辅助切削加工过程中存在着周期间残留高度，第二：振动辅助切削相邻周期之间的振痕无法消除，限制了振动辅助切削加工质量的进一步提高等。

发明内容

本实用新型提供一种振动辅助金刚石刀具旋转车削装置，从而实现难加工材料高精度的超精密切削加工。

本实用新型采取的技术方案是：压电叠堆一、压电叠堆二分别用压电叠堆预紧螺钉一、压电叠堆预紧螺钉二安装在柔性装置平台上，电容式位移测量挡板一和电容式位移测量挡板二分别用螺钉与柔性装置平台连接，电容式位移传感器一、电容式位移传感器二分别安装在电容式位移传感器夹座一、电容式位移传感器夹座二上，电容式位移传感器夹座一、电容式位移传感器夹座二通过螺钉安装在柔性装置平台上，金刚石刀具通过螺钉连接在柔性装置平台上，柔性装置平台通过螺钉与力传感器固定连接，上盖板与柔性装置平台通过紧钉固定连接。

本实用新型所述柔性装置平台的结构是：呈左右对称分布，其左侧结构是，柔性铰链由R型柔性铰链，Z型柔性铰链，直角型并联预紧柔性铰链，直角型并联预紧柔性铰链组成，直角型预紧柔性铰链在压电叠堆预紧螺钉一前端，电容式位移测量挡板一安装座上下有直角型并联预紧柔性铰链，直角型并联预紧柔性铰链前端有Z型柔性铰链，刀具安装座安装在Z型柔性铰链前、且刀具安装座间有R型柔性铰链；

所述Z型柔性铰链单个Z型柔性铰链中包含了三个小分支，单个Z型铰链之间两两成平行四边形相互贯通，形成两自由度度封闭系统；

所述直角柔性铰链单个柔性铰链中包含的四个小分支间成平行四边形排列，也形成单自由度封闭系统。