[发明专利]一种单晶材料切削自适应微调刀架及切削方法

说明书

一种单晶材料切削自适应微调刀架及切削方法，刀架包括刀夹、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；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；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；方法为：建立平均切削力数据库，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；启动切削，对比实际数据与数据库数据，选出匹配数据；根据选出数据调出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，对刀具加工前角和刀具切削深度进行微调，直到实际刀具加工前角和刀具切削深度组合数据与数据库中最优组合数据相一致。

技术领域

本发明属于单晶材料切削加工技术领域，特别是涉及一种单晶材料切削自适应微调刀架及切削方法。

背景技术

由于单晶材料具有力学和物理性能的各向异性，在经过车加工后，单晶材料的圆周外表面的加工质量也会不尽相同。对于某些单晶材料来说，还会表现出极强的脆硬性，经过单点金刚石刀具的车削后，甚至会在加工表面产生裂纹。

在实际切削过程中，单晶材料的切削加工通常是在相同受力条件下完成的，但是由于单晶材料在不同晶向上的塑性变形能力不同，会导致切削力随着晶体取向而产生波动的现象，这种切削力的波动也会导致表面质量出现波动，可能会在一些晶向上发生脆塑转变现象，由于加工后的表面粗糙度存在差异，从而呈现明暗相间的扇形面分布特征。

而影响单晶材料表面加工质量的因素有很多，其中金刚石刀具几何参数以及加工工艺参数都会影响表面加工质量。例如，使用金刚石刀具切削单晶硅时，采用合适的负前角、较小的刀具刃口及较小的切削深度，能够更容易获得均匀一致的加工表面。

为了实现刀具的一次装夹，提高加工效率，而选用较小的刀具刃口半径，再依据单晶材料特有的力学特性，使用最佳刀具前角和最优切削深度进行组合，才能加工出表面均匀一致的单晶材料工件。

但是，为了找到合适的最佳刀具前角和最优切削深度进行组合，需要在加工过程中对刀具进行反复装夹，用以调整刀具的加工前角和切削深度，才能找到合适的组合。但是，反复装夹刀具将严重影响加工效率，同时每次装夹还需要重新对刀和找正，这对加工精度也会产生严重影响。

目前，针对单晶材料切削的快速伺服刀架主要分为两类，第一类伺服刀架仅能够在加工过程中改变刀具切削深度，第二类伺服刀架仅能够改变刀具加工前角。尽管上述两类伺服刀架在一定程度上可以改善单晶材料的加工表面质量，但影响表面质量的因素不是单一的，由于上述两类伺服刀架都只能满足单一参数的调整，因此已经无法进一步提高单晶材料的加工表面质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单晶材料切削自适应微调刀架及切削方法，能够在加工过程中同时改变刀具加工前角和刀具切削深度，刀具只需进行一次装夹，避免了因多次装夹刀具对加工效率和加工质量的影响，能够进一步提高单晶材料的加工表面质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种单晶材料切削自适应微调刀架，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。