壓電陶瓷驅動微進給刀架的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種壓電陶瓷驅動刀架。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著國防工業、航空航天技術、微電子技術、信息技術、計算機技術、機器人技術、光學技術、生物醫學技術等高新技術的快速發展和廣泛應用，各個領域對產品的加工精度和表面質量以及加工效率都提出了更高的要求，精密、超精密加工已經成為了發展和生產高新技術產品必不可少的關鍵技術，更是一個國家綜合國力和科學技術發展水平的重要標志。與普通車削相比，微進給刀架機構具有切削力減小、切削熱降低、工件表面質量提高、精度提高、加工穩定、生產率高等優點，解決了工件加工精度和表面質量問題。
[0003]現有技術中的微進給刀架，多為直接驅動式微進給刀架，它采用壓電陶瓷驅動器作為激勵源，直接驅動微進給刀架的刀具基座進行微進給，從而帶動固定在刀具基座前端的金剛石刀具實現往復進給運動。但是壓電陶瓷驅動器存在著遲滯、蠕變、非線性等缺點，降低了其定位和跟蹤精度。而且微進給刀架機構必須具備很高的系統剛度以及固有頻率，以減小機床震動、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和動態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生了微幅變動，最終使工件表面粗糙度增大、表面質量降低。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術中所存在的缺陷，本發明提出以下技術解決方案:一種壓電陶瓷驅動微進給刀架，包括刀架基體前端刀具基座內緊固的金剛石刀具，刀架基體中部設有空腔，壓電陶瓷驅動器置于該空腔中并在刀架基體尾部被緊固。刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔。刀架基體前部還設有工字形通孔與L形通孔。刀架基體前側邊設有對稱的凹進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:壓電陶瓷驅動器的前端頂緊對稱式位移縮小機構。該機構的結構為:L形通孔短邊兩端各自設有凸邊iii與凸邊iv。對稱的兩個L形通孔之間還設有相互對稱的U形窄通孔，該U形窄通孔短的一邊端頭設有與凸邊iv方向相對的凸邊V而長的一邊端頭設有與凸邊V方向相同的凸邊Vi與凸邊vii。空腔的前部與對稱分布的J形窄通孔相連，該J形窄通孔下勾頭端設有與凸邊iii方向相反的凸邊viii而J形窄通孔橫邊端頭設有與凸邊vi以及凸邊vii相對應而方向相反的凸邊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。金剛石刀具為內嵌式安裝。壓電陶瓷驅動器被設在刀架基體后端的螺釘緊固。刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔為每側各4個。壓電陶瓷驅動器為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。所有凸邊均設為圓弧形，或者方形、梯形、橢圓形。
[0005]采用上述技術方案的本發明壓電陶瓷微進給刀架，通過一種簡單的對稱式位移縮小結構的應用，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，切削加工效果顯著，結構簡單，制造成本低廉，適合在超精密加工領域推廣。還可用于誤差在線補償和加工復雜曲面等其他用途。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發明一種壓電陶瓷驅動微進給刀架的立體圖；
[0007]圖2為本發明一種壓電陶瓷微進給刀架機構的主視圖；
[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。
【具體實施方式】
[0014]從附圖可以看出本發明的采用的結構是球頭式自感知壓電陶瓷驅動器提供輸出位移，通過對稱式位移縮小機構傳遞位移的方式而實現超精密切削加工。壓電陶瓷驅動器可以提供不同要求的位移輸出。這種壓電陶瓷微進給刀架，包括刀架基體6前端刀具基座3內緊固的金剛石刀具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。金剛石刀具2為內嵌式安裝，以減小運動部分質量，提高系統動態性能。刀架基體6中部設有空腔9。壓電陶瓷驅動器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動器8被設在刀架基體6后端的螺釘5緊固。刀架基體6兩側邊設有對稱布置的安裝孔7，本案例中刀架基體6兩側邊設有對稱布置的安裝孔7為每側各4個。本案例中壓電陶瓷驅動器8為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。驅動器類型可根據需要改變。刀架基體6前部還設有工字形通孔10與L形通孔11。刀架基體6前側邊設有對稱的凹進12與工字形通孔10四角上的凸邊1-13以及與L形通孔11的長邊兩端上設有的凸邊i1-14形成對稱平行布置的柔性鉸鏈4。它的特點是:壓電陶瓷驅動器8的前端頂緊對稱式位移縮小機構，該機構的結構為:L形通孔11短邊兩端各自設有凸邊ii1-15與凸邊iv-16。對稱的兩個L形通孔11之間還設有相互對稱的U形窄通孔17，該U形窄通孔17短的一邊端頭設有與凸邊iv-16方向相對的凸邊v-18而長的一邊端頭設有與凸邊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橫邊端頭設有與凸邊v1-19以及凸邊vi1-20相對應而方向相反的凸邊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構的結構反力，同樣有效降低運動過程中能量損失。U形窄通孔17、J形窄通孔21的形狀和尺寸可根據需要適當更改。本案例中所有凸邊均為圓弧形，可以根據需要將其設計成方形、梯形、橢圓形等形式。
[0015]本案例中位移縮小機構為對稱式位移縮小機構，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動鏈同時進行傳遞，這使得該位移縮小機構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構在刀架基體6上的位置，而圖8是這個部份的放大圖。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構傳遞位移時，縮小輸入位移以實現高精度、高分辨率的直線位移，從而帶動刀具2實現高精度、高分辨率的微進給運動。對稱式位移縮小機構與壓電陶瓷驅動器8相連接，接收壓電陶瓷驅動器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的剛度，從而獲得良好的加工效果，特別是在微細加工中可有效提高工件的加工質量。
[0016]綜上所述，本發明的壓電陶瓷微進給刀架機構，利用了壓電陶瓷驅動器的逆壓電效應。球頭式自感知壓電陶瓷驅動器通過對稱式位移縮小機構與刀具基座相連接，在其進行微進給時，準確帶動金剛石刀具進行微進給，從而實現超精密切削加工。
【主權項】
1.一種壓電陶瓷驅動微進給刀架，包括刀架基體(6)前端刀具基座(3)內緊固的金剛石刀具(2)，所述刀架基體(6)中部設有空腔(9)，壓電陶瓷驅動器(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)兩側邊設有對稱布置的安裝孔(7)，所述刀架基體(6)前部還設有工字形通孔(10)與L形通孔(11)，所述刀架基體(6)前側邊設有對稱的凹進(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:所述壓電陶瓷驅動器(8)的前端頂緊對稱式位移縮小機構，該機構的結構為:所述L形通孔(11)短邊兩端各自設有凸邊iii(15)與凸邊iv(16)，所述對稱的兩個L形通孔(11)之間還設有相互對稱的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)橫邊端頭設有與所述凸邊vi (19)以及凸邊vii (20)相對應而方向相反的凸邊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.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，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。3.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述金剛石刀具(2)為內嵌式安裝。4.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述壓電陶瓷驅動器(8)被設在刀架基體(6)后端的螺釘(5)緊固。5.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述刀架基體(6)兩側邊設有對稱布置的安裝孔(7)為每側各4個。6.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述壓電陶瓷驅動器(8)為球頭式自感知壓電陶瓷驅動器。7.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述凸邊均為圓弧形。8.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述凸邊均為方形。9.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述凸邊均為梯形。10.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動微進給刀架，其特征在于:所述凸邊均為橢圓形。
【專利摘要】一種壓電陶瓷驅動微進給刀架，包括刀架基體前端刀具基座內緊固的金剛石刀具，刀架基體中部設有空腔，壓電陶瓷驅動器置于該空腔中并在刀架基體尾部被緊固。刀架基體兩側邊設有對稱布置的安裝孔。刀架基體前部還設有工字形通孔與L形通孔。刀架基體前側邊設有對稱的凹進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：壓電陶瓷驅動器的前端頂緊對稱式位移縮小機構。這種技術方案的應用，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，切削加工效果顯著，結構簡單，制造成本低廉，適合在超精密加工領域推廣。還可用于誤差在線補償和加工復雜曲面等其他用途。
【IPC分類】B23B21/00
【公開號】CN105195766
【申請號】CN201510755575
【發明人】李東明, 任彥霖, 葉紅盼, 羅姜, 王順
【申請人】大連交通大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月9日