[发明专利]变维振动辅助车削装置及其轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种变维振动辅助车削装置及其轨迹生成方法，属于椭圆振动辅助切削加工领域。该装置采用平行布置且互成90°的四支链柔性铰链并联结构与刀具安装座分离的设计方式，柔性铰链并联结构顶部安装槽内放置压电式力传感器，通过紧密连接柔性铰链并联结构与刀具安装座，在四个支链的压电陶瓷片上输入不同组合的位移，经过柔性铰链并联结构传递与放大作用，最终在刀尖处形成轨迹可调的多种振动轨迹。集成高精度的压电式力传感器和电容式位移传感器的装置具有自主感知的能力，通过检测刀具切削力和输出位移，利用自适应加工方法，在线补偿加工轨迹。本发明具有装置结构紧凑、运动轨迹多样、适用性强的优点。

技术领域

本发明属于超声振动辅助切削加工领域，特别涉及一种变维振动辅助车削装置。

背景技术

随着精密及超精密加工技术的迅猛发展,振动切削由于其降低切削力、提高加工质量、抑止工件毛刺产生、增加刀具寿命等优点,已经受到广泛关注。鉴于对高精密零件的加工质量要求越来越高,学者们就进一步提高振动切削的加工表面质量设计出了多种振动切削的方法和配套的振动切削装置。在各种振动切削形式中，一维振动切削装置、二维椭圆振动切削装置和三维椭圆振动切削装置可以分别生成直线轨迹、平面椭圆轨迹和空间椭圆轨迹，应用在不同需求的加工制造中。

目前振动装置主要采用串联和并联结构形式，以串联机构为载体的振动切削装置可以有效避免运动耦合，但串联机构会导致装置一阶固有频率较低、驱动困难。以并联型柔顺机构为载体的振动切削装置可以避免以上缺陷，专利(CN102059575A)和专利(CN102371359A)都各自给出了一种椭圆运动生成方法及其装置的专利，尽管都可以生成椭圆轨迹，但存在振动轨迹形式单一、适用性不高等问题。而且，在振动切削加工过程中，为了适应更多的自适应加工方法，利用控制补偿方法提高振动切削装置的加工质量，需要在线测量装置刀具切削力和输出位移，这就要求在装置中合理安装动态力传感器和位移传感器。现有的振动切削装置普遍不具备感知这两种信息的能力，难以根据时变状态调整加工轨迹，控制加工过程。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种变维振动辅助车削装置，提高振动装置感知能力，解决其通用性不足的问题。

一种变维振动辅助车削装置，其特征在于：

1.1柔性铰链并联结构

所述柔性铰链并联结构包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和刀座连接台；四个支链结构完全相同呈中心对称方式分布在刀具安装台周围；每个支链结构均由单轴非对称直圆型柔性铰链、单轴矩形型柔性铰链、单轴对称直圆型柔性铰链和双轴直圆型柔性铰链、位移放大杆、位移输入杆、位移传递杆和支链固定块组成；

位移传递杆所在轴线则与刀座连接台垂直，其截面形状均采用正方形；位移放大杆所在轴线与刀座连接台平行，其截面形状均采用正方形；支链固定块位于位移放大杆外侧，其所在轴线与位移放大杆所在轴线重合，其截面形状均采用正方形；移输入杆位于位移放大杆中部下方，其所在轴线与刀座连接台的平面相垂直，其截面是长方形，长边所在的方向与位移放大杆所在轴线平行；

双轴直圆型柔性铰链位于刀座连接台下底面和位移传递杆之间；单轴对称直圆型柔性铰链位于位移传递杆和位移放大杆之间；单轴非对称直圆型柔性铰链位于位移放大杆和支链固定块之间；单轴矩形型柔性铰链位于位移输入杆和位移放大杆中部之间；

1.2刀具及其刀具安装座

上述柔性铰链并联结构的刀座连接台上中间位置设置有十字槽，十字槽内安装压电式动态力传感器；上述刀具安装座安装于刀座连接台上，刀具固在刀具安装座上；上述十字槽的高度小于力传感器的高度，使得刀具安装座与刀座连接台的部分区域不直接接触，刀具安装座的大部分压力由动态力传感器承受；

1.3固定底座及底板