壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種壓電陶瓷驅(qū)動刀架。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著國防工業(yè)、航空航天技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的加工精度和表面質(zhì)量以及加工效率都提出了更高的要求，精密、超精密加工已經(jīng)成為了發(fā)展和生產(chǎn)高新技術(shù)產(chǎn)品必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，更是一個(gè)國家綜合國力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。與普通車削相比，微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)具有切削力減小、切削熱降低、工件表面質(zhì)量提高、精度提高、加工穩(wěn)定、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，解決了工件加工精度和表面質(zhì)量問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的微進(jìn)給刀架，多為直接驅(qū)動式微進(jìn)給刀架，它采用壓電陶瓷驅(qū)動器作為激勵(lì)源，直接驅(qū)動微進(jìn)給刀架的刀具基座進(jìn)行微進(jìn)給，從而帶動固定在刀具基座前端的金剛石刀具實(shí)現(xiàn)往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動。但是壓電陶瓷驅(qū)動器存在著遲滯、蠕變、非線性等缺點(diǎn)，降低了其定位和跟蹤精度。而且微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)必須具備很高的系統(tǒng)剛度以及固有頻率，以減小機(jī)床震動、切削過程中刀具和材料屬性的變化以及由切削力引起的靜態(tài)和動態(tài)變形等因素對其加工精度的影響，否則，工件與刀具之間的相對位置發(fā)生了微幅變動，最終使工件表面粗糙度增大、表面質(zhì)量降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，本發(fā)明提出以下技術(shù)解決方案:一種壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，包括刀架基體前端刀具基座內(nèi)緊固的金剛石刀具，刀架基體中部設(shè)有空腔，壓電陶瓷驅(qū)動器置于該空腔中并在刀架基體尾部被緊固。刀架基體兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔。刀架基體前部還設(shè)有工字形通孔與L形通孔。刀架基體前側(cè)邊設(shè)有對稱的凹進(jìn)與工字形通孔四角上凸邊i以及與L形通孔的長邊兩端上設(shè)有的凸邊ii形成對稱平行布置的柔性鉸鏈。其特征在于:壓電陶瓷驅(qū)動器的前端頂緊對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:L形通孔短邊兩端各自設(shè)有凸邊iii與凸邊iv。對稱的兩個(gè)L形通孔之間還設(shè)有相互對稱的U形窄通孔，該U形窄通孔短的一邊端頭設(shè)有與凸邊iv方向相對的凸邊V而長的一邊端頭設(shè)有與凸邊V方向相同的凸邊Vi與凸邊vii?？涨坏那安颗c對稱分布的J形窄通孔相連，該J形窄通孔下勾頭端設(shè)有與凸邊iii方向相反的凸邊viii而J形窄通孔橫邊端頭設(shè)有與凸邊vi以及凸邊vii相對應(yīng)而方向相反的凸邊ix與凸邊X。凸邊ii1、凸邊iv、凸邊V、凸邊v1、凸邊vii1、凸邊ix的中心均與垂直線M-N相重合。金剛石刀具被兩只螺栓緊固在刀架基體前端刀具基座內(nèi)。金剛石刀具為內(nèi)嵌式安裝。壓電陶瓷驅(qū)動器被設(shè)在刀架基體后端的螺釘緊固。刀架基體兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔為每側(cè)各4個(gè)。壓電陶瓷驅(qū)動器為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動器。所有凸邊均設(shè)為圓弧形，或者方形、梯形、橢圓形。
[0005]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明壓電陶瓷微進(jìn)給刀架，通過一種簡單的對稱式位移縮小結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠縮小輸出位移，使刀具具備高分辨率、高定位精度、高剛度、高固有頻率的特點(diǎn)，切削加工效果顯著，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，適合在超精密加工領(lǐng)域推廣。還可用于誤差在線補(bǔ)償和加工復(fù)雜曲面等其他用途。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明一種壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架的立體圖；
[0007]圖2為本發(fā)明一種壓電陶瓷微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)的主視圖；
[0008]圖3為圖7的E—E剖面視圖；
[0009]圖4為圖2的B-B半剖面視圖；
[0010]圖5為圖2的C-C剖面視圖；
[0011]圖6為圖2的D-D半剖面視圖；
[0012]圖7為圖2的A-A剖面視圖；
[0013]圖8為圖2中的I部放大視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]從附圖可以看出本發(fā)明的采用的結(jié)構(gòu)是球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動器提供輸出位移，通過對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)傳遞位移的方式而實(shí)現(xiàn)超精密切削加工。壓電陶瓷驅(qū)動器可以提供不同要求的位移輸出。這種壓電陶瓷微進(jìn)給刀架，包括刀架基體6前端刀具基座3內(nèi)緊固的金剛石刀具2，本案例中金剛石刀具2被兩只螺栓I緊固在刀架基體6前端刀具基座3內(nèi)。金剛石刀具2為內(nèi)嵌式安裝，以減小運(yùn)動部分質(zhì)量，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。刀架基體6中部設(shè)有空腔9。壓電陶瓷驅(qū)動器8置于該空腔9中并在刀架基體6尾部被緊固，本案例中壓電陶瓷驅(qū)動器8被設(shè)在刀架基體6后端的螺釘5緊固。刀架基體6兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔7，本案例中刀架基體6兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔7為每側(cè)各4個(gè)。本案例中壓電陶瓷驅(qū)動器8為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動器。驅(qū)動器類型可根據(jù)需要改變。刀架基體6前部還設(shè)有工字形通孔10與L形通孔11。刀架基體6前側(cè)邊設(shè)有對稱的凹進(jìn)12與工字形通孔10四角上的凸邊1-13以及與L形通孔11的長邊兩端上設(shè)有的凸邊i1-14形成對稱平行布置的柔性鉸鏈4。它的特點(diǎn)是:壓電陶瓷驅(qū)動器8的前端頂緊對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:L形通孔11短邊兩端各自設(shè)有凸邊ii1-15與凸邊iv-16。對稱的兩個(gè)L形通孔11之間還設(shè)有相互對稱的U形窄通孔17，該U形窄通孔17短的一邊端頭設(shè)有與凸邊iv-16方向相對的凸邊v-18而長的一邊端頭設(shè)有與凸邊v-18方向相同的凸邊v1-19與凸邊vi1-20。空腔9的前部與對稱分布的J形窄通孔21相連，該J形窄通孔21下勾頭端設(shè)有與凸邊ii1-15方向相反的凸邊vii1-22而J形窄通孔21橫邊端頭設(shè)有與凸邊v1-19以及凸邊vi1-20相對應(yīng)而方向相反的凸邊ix_23與凸邊x_24。凸邊ii1-15、凸邊iv-16、凸邊v-18、凸邊v1-19、凸邊viii_22、凸邊ix_23的中心均與垂直線M-N相重合。這種方法可以有效降低運(yùn)動過程中能量的損失。成對布置的而方向相反的凸邊v1-19、凸邊vi1-20與凸邊ix-23、凸邊x-24的目的是減小縮小機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)反力，同樣有效降低運(yùn)動過程中能量損失。U形窄通孔17、J形窄通孔21的形狀和尺寸可根據(jù)需要適當(dāng)更改。本案例中所有凸邊均為圓弧形，可以根據(jù)需要將其設(shè)計(jì)成方形、梯形、橢圓形等形式。
[0015]本案例中位移縮小機(jī)構(gòu)為對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)，其對稱軸與直線F-H重合，以使輸入位移可以通過兩邊的運(yùn)動鏈同時(shí)進(jìn)行傳遞，這使得該位移縮小機(jī)構(gòu)不僅具有較高的剛度而且在理論上可以完全消除附加位移，以保證輸出位移的精確性。圖2中的I部表示對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)在刀架基體6上的位置，而圖8是這個(gè)部份的放大圖。刀具基座3通過一對對稱式平行柔性鉸鏈4與刀架基體6相連，可以使刀具基座3受到對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)傳遞位移時(shí)，縮小輸入位移以實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率的直線位移，從而帶動刀具2實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率的微進(jìn)給運(yùn)動。對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)與壓電陶瓷驅(qū)動器8相連接，接收壓電陶瓷驅(qū)動器8的輸出位移，通過提高輸出位移的分辨率、定位精度以及刀具的系統(tǒng)的剛度，從而獲得良好的加工效果，特別是在微細(xì)加工中可有效提高工件的加工質(zhì)量。
[0016]綜上所述，本發(fā)明的壓電陶瓷微進(jìn)給刀架機(jī)構(gòu)，利用了壓電陶瓷驅(qū)動器的逆壓電效應(yīng)。球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動器通過對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)與刀具基座相連接，在其進(jìn)行微進(jìn)給時(shí)，準(zhǔn)確帶動金剛石刀具進(jìn)行微進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)超精密切削加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，包括刀架基體(6)前端刀具基座(3)內(nèi)緊固的金剛石刀具(2)，所述刀架基體(6)中部設(shè)有空腔(9)，壓電陶瓷驅(qū)動器(8)置于該空腔(9)中并在刀架基體(6)尾部被緊固，所述刀架基體(6)兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔(7)，所述刀架基體(6)前部還設(shè)有工字形通孔(10)與L形通孔(11)，所述刀架基體(6)前側(cè)邊設(shè)有對稱的凹進(jìn)(12)與所述工字形通孔(10)四角上凸邊i (13)以及與L形通孔(11)的長邊兩端上設(shè)有的凸邊ii (14)形成對稱平行布置的柔性鉸鏈(4)，其特征在于:所述壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的前端頂緊對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:所述L形通孔(11)短邊兩端各自設(shè)有凸邊iii(15)與凸邊iv(16)，所述對稱的兩個(gè)L形通孔(11)之間還設(shè)有相互對稱的U形窄通孔(17)，該U形窄通孔(17)短的一邊端頭設(shè)有與所述凸邊iv (16)方向相對的凸邊v(18)而長的一邊端頭設(shè)有與所述凸邊V(18)方向相同的凸邊vi (19)與凸邊vii(20)，所述空腔(9)的前部與對稱分布的J形窄通孔(21)相連，該J形窄通孔(21)下勾頭端設(shè)有與所述凸邊iii (15)方向相反的凸邊viii (22)而所述J形窄通孔(21)橫邊端頭設(shè)有與所述凸邊vi (19)以及凸邊vii (20)相對應(yīng)而方向相反的凸邊ix(23)與凸邊x(24)；所述凸邊iii (15)、凸邊iv (16)、凸邊V (18)、凸邊vi (19)、凸邊viii (22)、凸邊ix (23)的中心均與垂直線M-N相重合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述金剛石刀具(2)被兩只螺栓(I)緊固在所述刀架基體(6)前端刀具基座(3)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述金剛石刀具(2)為內(nèi)嵌式安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述壓電陶瓷驅(qū)動器(8)被設(shè)在刀架基體(6)后端的螺釘(5)緊固。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述刀架基體(6)兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔(7)為每側(cè)各4個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述壓電陶瓷驅(qū)動器(8)為球頭式自感知壓電陶瓷驅(qū)動器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述凸邊均為圓弧形。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述凸邊均為方形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述凸邊均為梯形。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，其特征在于:所述凸邊均為橢圓形。
【專利摘要】一種壓電陶瓷驅(qū)動微進(jìn)給刀架，包括刀架基體前端刀具基座內(nèi)緊固的金剛石刀具，刀架基體中部設(shè)有空腔，壓電陶瓷驅(qū)動器置于該空腔中并在刀架基體尾部被緊固。刀架基體兩側(cè)邊設(shè)有對稱布置的安裝孔。刀架基體前部還設(shè)有工字形通孔與L形通孔。刀架基體前側(cè)邊設(shè)有對稱的凹進(jìn)與工字形通孔四角上凸邊i以及與L形通孔的長邊兩端上設(shè)有的凸邊ii形成對稱平行布置的柔性鉸鏈。其特征在于：壓電陶瓷驅(qū)動器的前端頂緊對稱式位移縮小機(jī)構(gòu)。這種技術(shù)方案的應(yīng)用，能夠縮小輸出位移，使刀具具備高分辨率、高定位精度、高剛度、高固有頻率的特點(diǎn)，切削加工效果顯著，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，適合在超精密加工領(lǐng)域推廣。還可用于誤差在線補(bǔ)償和加工復(fù)雜曲面等其他用途。
【IPC分類】B23B21/00
【公開號】CN105195766
【申請?zhí)枴緾N201510755575
【發(fā)明人】李東明, 任彥霖, 葉紅盼, 羅姜, 王順
【申請人】大連交通大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月9日