[实用新型]一种压电叠堆平行的振动辅助摆动切削装置

说明书

本实用新型涉及一种压电叠堆平行的振动辅助摆动切削装置，属于超精密切削和难加工材料切削技术领域。主要由金刚石刀具（1），柔性铰链（2），力传感器（3），位移传感器（5、11），压电叠堆（6、10），位移传感器支座（13），位移测量挡板（4、12）以及压电叠堆预紧螺钉（7、8），柔性铰链预紧螺钉（9），若干预紧螺钉（14）组成。压电叠堆（6、10）分别由压电叠堆预紧螺钉安装在柔性铰链（2）上；位移传感器（5、11）由预紧螺钉安装在位移传感器支座（13）上；位移测量挡板（4、12）分别通过孔（204，206）安装在柔性铰链（2）上。

技术领域

本发明属于超精密车削加工以及难加工材料复杂光学零件车削加工技术领域，特别涉及一种压电叠堆平行的振动辅助摆动切削装置。

背景技术

近年来，随着科技的快速发展，脆性，高硬度等铁素类材料在精密加工和高速切削中有广泛的应用。但是这些材料由于硬度高，脆性强，在切削过程中会导致严重的刀具磨损，影响加工表面质量并降低加工精度。椭圆振动切削（Elliptical Vibration Cutting，EVC）自1995年提出以来，被认为是具有极大发展潜力的超精密切削方法。其特有的间歇性切削和摩擦力逆转特征能够很大程度上抑制金刚石刀具磨损、延长刀具寿命、降低切削力、减少切削热以及提高工件表面质量。但是在椭圆振动切削技术快速发展的同时，也遇到了技术障碍。由于刀具轨迹间的残留高度无法消除，限制了EVC加工精度的进一步提高，尽管通过提高切削加工频率能够缓解这种局限性, 但是较高的振动频率会导致压电叠堆的迟滞效应，进而增加椭圆振动切削的控制精度。为此，针对椭圆振动切削过程中残留高度的消除需要进一步研究。

目前，为进一步消除椭圆振动切削过程中的残余高度、提高加工精度、降低刀具磨损，国内外对于发展新的切削技术进行了相关研究，如三维椭圆振动切削技术、超精密飞切技术和快、慢刀伺服切削等。虽然这些技术能够一定程度上提高加工精度，但是其切削效率较低，较长的加工周期导致加工成本较高。振动辅助摆动切削是根据椭圆振动切削装置改进而来的，具有拟间歇性切削的优点。切削过程主要是通过对切削过程中的刀具施加摆动运动，使切削过程中刀具沿刀尖圆弧中心点以一定的弧度进行往复运动，进而对工件材料进行切削。因此，该技术被认为是切削硬脆性材料最有效的加工方法之一。新加坡学者针对EVC切削过程中的残余高度的消除首次提出了振动摆动切削技术，结合椭圆振动切削装置设计了振动辅助摆动切削装置，该装置通过刀具的摆动，切削点相对于刀具边缘会不断变化，避免了EVC中残余高度的产生，但是该装置需要在高频下加工，由于频率越高，也带了附生运动，导致控制难度加大。另外，振动辅助摆动切削克服了椭圆振动切削加工中存在的相邻周期之间的振痕。但另一方面，现有的振动辅助摆动切削装置由于其压电叠堆位置的局限性，生成的摆动切削轨迹只能在摆动装置的一侧，且刀具的频率，振幅等参数调整范围有限，对于加工机床的要求比较高，不具有普遍性。

基于以上分析，研究并提出一种平行的压电叠堆驱动金刚石刀具的振动辅助摆动切削装置，通过两个压电叠堆的驱动力之差使金刚石刀具绕刀尖圆弧半径摆动，使其具有拟间歇振动旋转切削运动轨迹的空间变换特征，能够消除EVC过程中存在的周期间残留高度，刀具轨迹对于曲面的加工适应性更强，对于提高加工工件表面质量、延长刀具寿命以及扩展金刚石刀具可切削材料的范围具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种平行的压电叠堆驱动金刚石刀具的振动辅助摆动切削装置，从而实现难加工材料高精度的超精密切削加工。

本发明采用的技术方案是：

（1）一种压电叠堆平行的振动辅助摆动切削装置，主要由金刚石刀具1，柔性铰链2，力传感器3，位移传感器5、11，压电叠堆6、10，位移传感器支座13，位移测量挡板4、12以及压电叠堆预紧螺钉7、8，柔性铰链预紧螺钉9，若干预紧螺钉14组成；