[发明专利]一种快速伺服刀架

说明书

本发明公开了一种快速伺服刀架，用于微结构表面超精密切削，包括刀具安装架，刀具安装架设有刀具和用于驱动刀具进给切削的驱动部，刀具上设有用于在接收电压时对刀具施加作用力、以抑制颤振的压电制件。本申请提供的快速伺服刀架利用压电制件的逆压电效应补偿刀具的振动，实现对刀具加工时的颤振控制，降低了废件的产生，同时减少了刀具的磨损，且不改变与刀具轨迹设计相关的切削参数，适应更多复杂面型的刀具轨迹设计与超精密切削，有效提高了微结构表面切削加工精度。

技术领域

本发明涉及微结构加工技术领域，更具体地说，涉及一种快速伺服刀架。

背景技术

微结构表面是指具有亚微米级面形精度、纳米级表面粗糙度的微小几何形状的表面，由于其具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波前转换等新功能，使其在生物、光学、力学等领域都具有重要的应用价值。

目前用于微结构表面的加工方法较多，其中金刚石超精密切削加工由于具有能够加工光滑连续的非回转对称三维结构、加工材料多样、加工效率高、无需后续抛光等显著优势，已经成为微结构表面制造的一项热点研究技术。其中金刚石加工包括：飞切加工、慢速滑板伺服加工和快速伺服刀具加工(Fast Tool Servo，FTS)。快速刀具伺服加工技术是在普通T型车床上附加一个FTS模块，这个模块在加工过程中驱动刀具沿Z方向产生高频响、短行程的快速精密进刀运动，配合车床其它轴的运动，来完成复杂面形零件的精密高效加工。由于在微结构表面加工中，切削速度和背吃刀量是一个时变量，因此会引起动态切削力的变化，使切削过程不稳定，导致加工的面型精度和表面粗糙度达不到预定要求，严重时更会导致刀具损坏，同时切削稳定域对切削参数的要求也限制了复杂面型(如非回转对称表面、自由曲面等)的刀具轨迹设计和切削。

综上所述，如何提供一种能够面向多种复杂面型、加工精度高、刀具不易磨损的快速伺服刀架，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种快速伺服刀架，其能够减少废件的产生，延长刀具的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种快速伺服刀架，用于微结构表面的超精密切削，包括刀具安装架，所述刀具安装架设有刀具和用于驱动刀具进给切削的驱动部，所述刀具上设有用于在接收电压时对所述刀具施加作用力、以抑制颤振的压电制件。

优选的，所述刀具安装架包括与所述刀具固定连接的固定架和用于与车床连接的连接架，所述固定架和所述连接架之间设有用于限制所述刀具直线移动的柔性铰链。

优选的，所述驱动部为压电陶瓷，所述压电陶瓷和所述固定架之间设有用于避免所述压电陶瓷承受径向力的浮动接头。

优选的，所述连接架设有安装孔，所述压电陶瓷远离所述刀具的一端设于所述安装孔中、并通过预紧螺母与所述连接架固定。

优选的，所述刀具和所述固定架设有位置对应的定位孔，所述定位孔设有用于限制所述刀具安装位置的定位销。

优选的，沿所述压电陶瓷的长度方向并排设置有两个铰链组，每个所述铰链组均包括两个对称分布在所述固定架对侧的所述柔性铰链。

优选的，所述压电制件包括压电片和用于向所述压电片施加补偿电压的控制器，所述补偿电压激励所述压电片产生的振动与所述刀具的颤振对应，以抑制所述刀具的颤振。

优选的，所述压电片与所述刀具粘接固定。