[发明专利]一种压电陶瓷驱动微进给刀架

说明书

一种压电陶瓷驱动微进给刀架，包括刀架基体前端刀具基座内紧固的金刚石刀具，刀架基体中部设有开槽，压电陶瓷驱动器置于该空槽内并通过刀架尾部的螺栓预紧。刀架基体左右设有矩形槽，左侧有通孔，放置电容位移传感器并通过刀架基体左侧面螺栓紧固。刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔。刀架基体前侧设有对称的交叉型柔性铰链。其特征在于：刀架基体前侧对称布置有交叉型柔性铰链。这种技术方案的应用，能够提高刀架的结构刚度和固有频率，使刀具的具备高分辨率、高定位精度、高固有频率的特点。刀架切削加工性能优良，结构简单紧凑，制造成本低廉，适合在超精密加工领域推广。还可用于误差补偿和加工复杂曲面等其他用途。

技术领域

本发明涉及一种微进给刀架。

背景技术

随着现代科学技术的高速发展，微电子技术、航空航天技术、光学技术、生物医学技术等技术领域对产品的加工精度和表面质量以及加工效率都提出了更高的要求，精密、超精密加工技术已成为发展和制造高新技术产品的重要支柱，应用非常广泛。传统的加工方法不能满足超精密加工的需求，而在超精密机床的设计中增加一个微进给机构来提高机床进刀系统的精度和刚度，是实现超精密加工的有效方法之一。压电驱动微进给刀架切削力大、切削热量小、加工件表面质量高、加工稳定、控制方便、生产效率高等优点，被广泛应用于超精密加工领域。主要解决了工件加工精度，表面质量和加工效率的问题。

现有技术中的微进给刀架，多采用压电陶瓷驱动器作为激励源，双平行四杆柔性铰链作为导向机构，从而带动固定在刀具基座前端的金刚石刀具实现往复进给运动。但这种双平行四杆结构使得微动刀架的系统刚度和固有频率较低，即降低了微进给刀架系统的重复定位精度和位移分辨率，容易在加工过程中出现共振，从而影响加工精度。本发明研制的压电驱动微进给刀架采用对称交叉型柔性铰链驱动结构，该结构在满足微进给系统驱动位移要求条件下，可以极大提高微进给刀架加工系统的刚度和固有频率，减小机床振动、切削过程中刀具和材料属性变化以及由切削力引起的静态和动态变形等因素对其加工精度的影响，有效提到加工产品的表面质量。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足和应用前景提供一种结构简单，加工方便，用途广泛的微进给刀架，本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种压电陶瓷驱动微进给刀架，包括刀架基体，前端设有凹口的刀具基座，金刚石刀具被螺栓ⅰ紧固在刀具基座的凹口内，刀架基体的中部设有长槽，该长槽的前端设有方形通孔，压电陶瓷驱动器置于该长槽上，并被刀架基体后端的六角螺栓预紧，压电陶瓷驱动器的引线设在靠近底部的侧边上。刀架基体左右两侧设有对称布置的矩形通孔ⅰ和矩形通孔ⅱ。刀架基体左侧设有通孔纵向贯穿刀架基体，刀具基座左下固定测量挡板，底部设有引线的电容位移传感器置于通孔内，电容位移传感器前端与测量挡板接触，并通过刀架基体左侧螺栓ⅱ紧固；刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔。刀架基体前端设有的凹口两内侧与刀具基座的左右两外侧各形成一个缺口，在两个缺口内各设有对称布置的柔性导向机构，它的特点是：柔性机构设有相互对称交叉安装的长边ⅰ和长边ⅱ，长边ⅰ的两端分别与短边ⅰ与短边ⅱ的一端相连接，长边ⅱ两端分别与短边ⅲ与短边ⅳ的一端相连接，而短边ⅰ与短边ⅳ的另一端方向相反并分别与所述刀架基体的内侧固定；而短边ⅲ与短边ⅱ的另一端方向相反并分别与刀具基座的外侧固定；长边ⅰ和长边ⅱ之间设有夹角α，短边ⅲ与刀具基座之间设有夹角β，长边与短边的结合部均设有圆弧。长边ⅰ和长边ⅱ之间的夹角为α，α取值范围为60°-120°之间。短边ⅲ与刀具基座之间设有夹角β，β取值范围为30°-60°之间。长边与短边的连接处均设有圆弧，该圆弧的弧度R为0.5-2mm。刀架基体两侧边设有对称布置的安装孔每侧各3个。金刚石刀具被2只螺栓ⅰ紧固在刀架基体前端刀具基座内。压电陶瓷驱动器被设在刀架基体后端的六角螺栓预紧。压电陶瓷驱动器可以为平头式自感知压电陶瓷驱动器，也可以采用通用型压电陶瓷执行器。

采用上述技术方案的本发明压电陶瓷微进给刀架，通过一种简单的对称布置的交叉型柔性铰链的应用，有效提高刀架的系统刚度和固有频率，使刀具的具备高分辨率、高定位精度、高固有频率的特点。刀架切削加工性能优良，结构简单紧凑，制造成本低廉，适合在超精密加工领域推广。还可用于误差补偿和加工复杂曲面等其他用途。