一種鉸鏈串聯(lián)式橢圓振動切削柔性裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微納與超精密制造W及難切削材料復(fù)雜光學(xué)零件加工技術(shù)領(lǐng)域，特別 是設(shè)及一種較鏈串聯(lián)式楠圓振動切削柔性裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技發(fā)展，近年來一些精密器械應(yīng)用中對于精密零件的精度要求也逐漸提 高，但是傳統(tǒng)的機械加工方式的局限，導(dǎo)致了零件的精度無法發(fā)生質(zhì)的變化，金剛石刀具的 出現(xiàn)在一定程度上緩解了運種困境，但是金剛石刀具對于一些含鐵金屬的加工，其優(yōu)勢不 能得到很好的體現(xiàn)，一些特殊的機械加工方式應(yīng)運而生，振動切削有效利用了機械加工過 程中振動的特點，將缺陷加W利用，其獨特的間歇性切削方式有效避免了金剛石刀具的快 速磨損，延長了刀具的使用壽命，增大了難加工材料的臨界切削深度，提高了材料加工效率 和零件加工精度。
[0003] 振動切削于1966年成功應(yīng)用在難加工材料的切削而受到全世界學(xué)者的廣泛關(guān) 注，后稱為一維振動切削，因為其刀具只在一個方向上往復(fù)運動，從而導(dǎo)致了一維振動切削 中刀具后刀面對已加工工件表面形成變壓，加速了刀具的磨損，古屋大學(xué)的社本英二教授 等人于1993年首次提出楠圓振動切削巧IlipticalVibration化tting)的概念，也稱二 維振動切削，刀具的刀尖形成高頻的楠圓運動，其間歇的運動方式和摩擦力逆轉(zhuǎn)特點可W 很大程度上延長刀具壽命，社本英二教授對一些難加工材料進行了相關(guān)試驗，例如硬質(zhì)合 金等，研究的結(jié)果表明，楠圓振動切削可W抑制加工過程中的顫振，很大程度上減小了切削 力，減少刀具磨損，延長刀具壽命，提高零件的表面加工質(zhì)量，對于脆性材料可W實現(xiàn)延展 性切削等。
[0004] 國內(nèi)外目前針對楠圓振動切削的研究主要有日本的神戶大學(xué)和名古屋大學(xué)，德國 的化emen大學(xué)，美國NcxrthCarolina大學(xué)和西北大學(xué)，新加坡國立大學(xué)，國內(nèi)的吉林大學(xué)， 北京航空航天大學(xué)，香港理工大學(xué)，廈口大學(xué)，河南理工大學(xué)等。研究設(shè)及到的主要有楠圓 振動切削裝置，楠圓振動切削路徑，楠圓振動切削控制，楠圓振動切削難加工材料塑脆轉(zhuǎn)變 性能，楠圓振動切削微溝槽加工性能等
[0005] 楠圓振動切削裝置的研究主要分為壓電片換能器超聲振動型裝置和壓電驅(qū)動柔 性較鏈型非共振型裝置。前者屬于共振型裝置，其主要的特點是在加工的過程中能夠?qū)崿F(xiàn) 較高的頻率，根據(jù)目前資料統(tǒng)計，楠圓振動切削加工頻率最高可達到60KHZ，但是共振型的 楠圓振動切削裝置也存在一些內(nèi)在的缺陷，例如在加工過程中需要根據(jù)裝置本身的固有頻 率實現(xiàn)共振，進而進行切削加工，運樣一來，加工的頻率就不可調(diào)整，同時各階振型之間容 易產(chǎn)生禪合，控制的難度較大，所W在裝置的設(shè)計方面，非共振型楠圓振動切削裝置逐漸受 到研究人員的關(guān)注，非共振型楠圓振動切削裝置一般是由壓電疊堆驅(qū)動柔性較鏈而成，柔 性較鏈的形狀、尺寸大小W及分配方式都對楠圓振動切削的效果有所影響。根據(jù)柔性較鏈 的分配方式來合成金剛石刀尖的楠圓軌跡，目前設(shè)計的楠圓振動切削裝置可W生成二維的 楠圓運動軌跡和=維的楠圓運動軌跡，不同的軌跡可W加工的范圍不同，楠圓振動切削非 共振型裝置根據(jù)目前的文獻記載，由柔性較鏈并聯(lián)式和柔性較鏈串聯(lián)式兩種。
[0006] 目前已有的非共振楠圓振動切削裝置專利可查的有：專利（CN102078967A)提及 的一種混頻=維楠圓振動切削方法，采用的是并聯(lián)式的柔性較鏈，采用壓電疊堆進行驅(qū)動， 該并聯(lián)式裝置由于其各個運動軸之間呈直角分布，容易產(chǎn)生運動禪合，控制起來很困難。專 利（CN102059575A)提及的楠圓切削裝置，采用的是串聯(lián)式的柔性較鏈，但是在設(shè)計過程 中，動部件的質(zhì)量較大，難W實現(xiàn)高頻切削，參數(shù)調(diào)整的范圍有限，對于可匹配加工的機床 要求較高，不具有普遍性。專利（CN102371359A)提及的一種S維楠圓振動切削裝置也同樣 具有上述局限。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的非共振楠圓振動切削裝置還存在著一些不足，因此必須針對運 些不足之處，研究并提出一種新的楠圓振動切削裝置，W實現(xiàn)金剛石切削各種難加工材料 及不同面型的需求，獲得切削加工最佳的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種較鏈串聯(lián)式楠圓振動切削柔性裝置，從而實現(xiàn)難加工材料的超精 密切削加工。
[0009] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：金剛石刀具安裝在采用一體式加工的串聯(lián)柔性較鏈中 孔一處，Y向壓電疊堆由串聯(lián)柔性較鏈中孔十一內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，Z向壓電疊堆由裝置底 座中孔六內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，位移測量擋板通過緊固螺釘安裝在串聯(lián)柔性較鏈中孔二上， 位移傳感器夾座通過緊固螺釘與串聯(lián)柔性較鏈中孔五A和孔五B聯(lián)接，壓電疊堆頂板通過 緊固螺釘與串聯(lián)柔性較鏈中孔四A，孔四B，孔四C，孔四D聯(lián)接，串聯(lián)柔性較鏈由緊固螺釘 通過孔=A,孔=B，孔=C，孔=D分別與裝置底座上的孔十A，孔十B，孔十C，孔十D聯(lián) 接，電容式位移傳感器一安裝在位移傳感器夾座上，電容式位移傳感器二安裝在裝置底座 的孔屯上，并由緊固螺釘通過孔八進行固定。
[0010] 本發(fā)明的串聯(lián)柔性較鏈上的Y向柔性較鏈與Z向柔性較鏈一和Z向柔性較鏈二采 取串聯(lián)的配置方式，每一部分柔性較鏈包含的四個小分支間成平行四邊形排列。
[0011] 本發(fā)明的裝置底座上有四個用于與機床連接的孔九。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點的是結(jié)新穎，串聯(lián)式楠圓振動切削柔性裝置的串聯(lián)柔性較鏈由線切 割一次加工成型，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，易于制造，且很大程度上減小了由于裝配造成的誤 差，柔性裝置的體積小，質(zhì)量小，易于實現(xiàn)柔性裝置的高頻加工；串聯(lián)柔性較鏈中的柔性較 鏈全部采用平行四邊形柔性較鏈，能夠充分保證運動的單向性，柔性裝置可W通過裝置底 座上四個孔安裝在任一機床上，適用性較強；由Z向和Y向壓電疊堆驅(qū)動，采取的是非共振 的方式，楠圓參數(shù)可W由壓電疊堆驅(qū)動信號來進行調(diào)整空間楠圓的位置，該兩個壓電疊堆 驅(qū)動分別驅(qū)動獨立的柔性較鏈，相互之間不存在禪合，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性裝置較高的控制精度。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明串聯(lián)柔性較鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明裝置底座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明壓電疊堆頂板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[001引圖6是本發(fā)明楠圓運動軌跡參數(shù)調(diào)整圖；
[0019] 圖7是本發(fā)明的控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0020] 金剛石刀具3安裝在采用一體式加工的串聯(lián)柔性較鏈2中孔一 201處，Y向壓電疊 堆5由串聯(lián)柔性較鏈2中孔十一 208內(nèi)的預(yù)緊螺釘連接，Z向壓電疊堆