[发明专利]一种单晶材料切削自适应微调刀架及切削方法

权利要求书

1.一种单晶材料切削自适应微调刀架，其特征在于：包括刀夹、刀具紧固螺钉、刀夹支撑板、刀具加工前角调整组件及刀具切削深度调整组件；所述刀具加工前角调整组件包括前俯仰驱动机构及后俯仰驱动机构；所述刀具切削深度调整组件包括底座、前挡板、后挡板、滑块、滑轨、伸缩平衡机构及伸缩驱动机构；所述刀夹固装在刀夹支撑板上，刀具通过刀具紧固螺钉与刀夹固定连接；所述刀夹支撑板通过前俯仰驱动机构和后俯仰驱动机构与滑块相连接，且刀夹支撑板位于滑块上方；所述前挡板、后挡板及滑轨固定设置在底座上，滑轨位于前挡板与后挡板之间，且滑轨垂直于前挡板和后挡板；所述滑块安装在滑轨上，滑块相对于滑轨具有直线移动自由度；所述前挡板与滑块之间通过伸缩平衡机构相连接，所述后挡板与滑块之间通过伸缩驱动机构相连接；所述前俯仰驱动机构与后俯仰驱动机构结构相同，均包括第一压电驱动器、第一传力垫片、第一导向静筒、第一导向动筒及第一支撑弹簧；所述第一导向静筒通过滑块上的安装孔竖直固装在滑块上端面，所述第一导向动筒下端插装于第一导向静筒内，第一导向动筒相对于第一导向静筒具有直线移动自由度；所述第一导向动筒上端通过万向球头结构与刀夹支撑板下端面相连接；所述第一压电驱动器固装在第一导向静筒的最底端，所述第一传力垫片放置于第一压电驱动器上；所述第一支撑弹簧竖直置于第一导向静筒及第一导向动筒内，第一支撑弹簧下端与第一传力垫片抵靠接触，第一支撑弹簧上端与万向球头结构抵靠接触；所述第一压电驱动器的控制端与机床控制系统相连；所述前俯仰驱动机构数量为了两个，两个前俯仰驱动机构对称分布在滑轨两侧；所述后俯仰驱动机构数量为两个，两个后俯仰驱动机构对称分布在滑轨两侧；所述伸缩驱动机构包括第二压电驱动器、第二传力垫片、第二导向静筒、第二导向动筒及第二支撑弹簧；所述第二导向静筒通过后挡板上的安装孔水平固装在后挡板内侧面，所述第二导向动筒一端插装于第二导向静筒内，第二导向动筒另一端与滑块相固连；所述第二压电驱动器固装在第二导向静筒的最右端，所述第二传力垫片与第二压电驱动器贴靠在一起；所述第二支撑弹簧水平置于第二导向静筒及第二导向动筒内，第二支撑弹簧一端与第二传力垫片抵靠接触，第二支撑弹簧另一端与滑块抵靠接触；所述第二压电驱动器的控制端与机床控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种单晶材料切削自适应微调刀架，其特征在于：所述伸缩平衡机构包括第三导向静筒、第三导向动筒及第三支撑弹簧；所述第三导向静筒一端与前挡板相固连，所述第三导向动筒一端插装于第三导向静筒内，第三导向动筒另一端与滑块相固连；所述第三支撑弹簧水平置于第三导向静筒及第三导向动筒内，第三支撑弹簧一端与前挡板抵靠接触，第三支撑弹簧另一端与滑块抵靠接触。

3.一种单晶材料切削方法，采用了权利要求1所述的单晶材料切削自适应微调刀架，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：预设单晶材料加工后的表面粗糙度，利用分子动力学仿真软件确定满足该表面粗糙度时所需要的平均切削力；

步骤二：在机床控制系统内建立一个数据库，该数据库用于存储步骤一中获取的平均切削力数据，在该数据库中还存储有刀具加工前角和刀具切削深度的最优组合数据，每一组刀具加工前角和刀具切削深度的最优组合数据均匹配有一组相对应的平均切削力数据；

步骤三：启动切削，通过压电驱动器将实际切削力数据反馈至机床控制系统中，机床控制系统将实际切削力数据与数据库中存储的平均切削力数据进行对比，并选出与实际切削力数据相对应的一组平均切削力数据；

步骤四：根据机床控制系统选出的这组平均切削力数据，进一步调出与该组平均切削力数据相配的刀具加工前角和刀具切削深度的最优组合数据；

步骤五：机床控制系统根据调出的刀具加工前角和刀具切削深度的最优组合数据，向压电驱动器发出控制信号，通过刀具加工前角调整组件对刀具加工前角的进行微调，通过刀具切削深度调整组件对刀具切削深度进行微调，直到实际的刀具加工前角和刀具切削深度的组合数据与数据库中的最优组合数据相一致。