專利名稱：一種金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動生成方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超精密切削和難加工材料切削技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金剛石切削 刀具三維橢圓運(yùn)動生成方法及裝置。
背景技術(shù)：
有復(fù)雜幾何特征的精密或超精密零件在許多重要的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。金 剛石切削是一種創(chuàng)成復(fù)雜幾何精密或超精密零件的重要加工方法，但目前的主要困難之一 在于金剛石可切削的材料范圍還十分受限制。對于硬化鋼等黑色金屬材料和碳化硅等 硬脆材料，金剛石切削刀具的切削加工性較差，往往導(dǎo)致嚴(yán)重的刀具磨損、惡化加工表面質(zhì) 量、以及降低加工精度。為了擴(kuò)展金剛石可切削材料的范圍，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了一些改 進(jìn)的切削方法，例如低溫切削、碳飽和切削和橢圓振動切削等。迄今為止的研究表明三維 橢圓振動切削是最有發(fā)展前途的一種切削方法，具有減少切削力、抑制刀具磨損、改善加工 表面質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)。三維橢圓振動切削的關(guān)鍵之一在于切削刀具三維橢圓運(yùn)動的生成方法及裝置?，F(xiàn) 有的三維橢圓振動切削裝置主要是在刀桿的側(cè)面分別貼附三對PZT陶瓷材料，通過信號發(fā) 生器驅(qū)動每一對PZT致動器，分別產(chǎn)生刀桿的彎曲、伸縮和扭轉(zhuǎn)等三個微位移。當(dāng)這三對 PZT致動器的驅(qū)動信號頻率之整數(shù)倍與刀桿的高階模態(tài)固有頻率接近時將產(chǎn)生超諧共振， 從而形成刀尖處的三維橢圓運(yùn)動。這種三維橢圓運(yùn)動生成方法及裝置的不足之處在于 ①.刀桿設(shè)計(jì)困難，難以獲得所需的高階模態(tài)；②.三維橢圓運(yùn)動的頻率和其它橢圓運(yùn)動參 數(shù)依賴于刀桿的非線性結(jié)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)，難以自主控制，缺乏柔性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動的生成方法及裝置。以解決目前存的桿 設(shè)計(jì)困難，難以獲得所需的高階模態(tài)；三維橢圓運(yùn)動的頻率和其它橢圓運(yùn)動參數(shù)依賴于刀 桿的非線性結(jié)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)，難以自主控制，缺乏柔性的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括下列步驟
(1)金剛石切削刀具由分別沿X向、Y向和Z向相互垂直布置的三個壓電疊堆直接 驅(qū)動，分別對三個壓電疊堆施加正弦波驅(qū)動信號；通過主動調(diào)整這三個壓電疊堆驅(qū)動信號 的初始相位，以使金剛石刀刃接觸點(diǎn)的位移輸出在X向與Z向之間始終保持相同的相位
ψ, = ψζ = β，在Y向始終與X向和Z向保持一定的相位差= Δψ^ = α,由此實(shí)現(xiàn)金
剛石刀刃在X-Y平面和Y-Z平面分別作橢圓運(yùn)動，在X-Z平面保持直線運(yùn)動；
(2)當(dāng)金剛石切削刀具的前角及刃傾角非零時，其在X-Z平面內(nèi)也具有切削能力，此時
只需調(diào)整三個壓電疊堆的正弦波驅(qū)動信號之相位ψΛ、■%和1^ ,使三者之間均保持一定
的相位差關(guān)0、Δψ，#0和ΔΨμ #0 ,金剛石刀刃即可在X-Y平面、Y-Z平面和Z-X 平面內(nèi)均作橢圓切削運(yùn)動；(3)主動調(diào)整相互垂直布置的三個壓電疊堆驅(qū)動信號的幅值、頻率、以及金剛石刀刃接 觸點(diǎn)的位移輸出在X-Y向之間或Y-Z向之間的相位差，即可實(shí)現(xiàn)金剛石切削刀具三維橢圓 運(yùn)動軌跡參數(shù)的自主控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動生成方法的裝置的技術(shù)方案是基 體與基座通過定位銷和削邊定位銷限位、并通過螺釘一、螺釘二固定連接，Y向壓電疊堆下 端通過Y向上楔塊與Y向下楔塊連接，Y向楔塊擋板與基體螺紋連接，Y向楔塊調(diào)整螺釘與 Y向下楔塊頂接，Z向壓電疊堆下端通過Z向上楔塊與Z向下楔塊連接，Z向楔塊擋板與基 體螺紋連接，Z向楔塊調(diào)整螺釘與Z向下楔塊頂接，X向壓電疊堆下端通過X向上楔塊與X 向下楔塊連接，χ向楔塊擋板與基體通過螺釘一、螺釘二、螺釘三、螺釘四螺紋連接，χ向楔 塊調(diào)整螺釘與X向下楔塊頂接，該三個壓電疊堆相互垂直布置、每個壓電疊堆的自由端皆 固定一個不銹鋼球冠體、并分別與刀座“球-平面”接觸連接，刀頭與刀體固定連接，刀體分 別通過壓緊螺釘、側(cè)面壓緊螺釘與刀座固定連接，預(yù)緊螺栓一端與刀座通過錐面定位和螺 紋固定連接、另一端通過預(yù)緊螺母與基體連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過直接驅(qū)動方式，使金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動的參數(shù) 頻率、幅值、方位等，皆可主動調(diào)整，從而獲得最佳的切削加工性。金剛石切削刀具三維橢圓 運(yùn)動的生成方法及裝置皆非常簡單，易于實(shí)施。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖； 圖2是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖3是本發(fā)明裝置的基體軸側(cè)圖，顯示的是正面； 圖4是本發(fā)明裝置的基體軸側(cè)圖，顯示的是后面； 圖5是本發(fā)明裝置的刀座軸側(cè)圖； 圖6是本發(fā)明裝置的預(yù)緊螺栓結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明裝置的上楔塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明裝置的下楔塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明裝置的基體和基座連接剖視圖； 圖10是本發(fā)明裝置的壓電疊堆預(yù)緊機(jī)構(gòu)及楔塊調(diào)整機(jī)構(gòu)的剖視圖； 圖11是三維橢圓運(yùn)動在X-Y平面的投影，XY平面內(nèi)合成橢圓； 圖12是三維橢圓運(yùn)動在Y-Z平面的投影，^平面內(nèi)合成橢圓； 圖13是三維橢圓運(yùn)動在X-Z平面的投影，XZ平面內(nèi)合成橢圓或直線。
具體實(shí)施例方式包括下列步驟
(1)金剛石切削刀具由分別沿X向、Y向和Z向相互垂直布置的三個壓電疊堆直接 驅(qū)動，分別對三個壓電疊堆施加正弦波驅(qū)動信號；通過主動調(diào)整這三個壓電疊堆驅(qū)動信號 的初始相位，以使金剛石刀刃接觸點(diǎn)的位移輸出在X向與Z向之間始終保持相同的相位
ψ, = ψ2 = β，在Y向始終與X向和Z向保持一定的相位差Δψ^ = Δψ^ = α,由此實(shí)現(xiàn)金
剛石刀刃在X-Y平面和Y-Z平面分別作橢圓運(yùn)動，在X-Z平面保持直線運(yùn)動；(2)當(dāng)金剛石切削刀具的前角及刃傾角非零時，其在X-Z平面內(nèi)也具有切削能力，此時 只需調(diào)整三個壓電疊堆的正弦波驅(qū)動信號之相位
權(quán)利要求
1.一種金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動生成方法，其特征主要在于(1)金剛石切削刀具由分別沿X向、Y向和Z向相互垂直布置的三個壓電疊堆直接 驅(qū)動，分別對三個壓電疊堆施加正弦波驅(qū)動信號；通過主動調(diào)整這三個壓電疊堆驅(qū)動信號 的初始相位，以使金剛石刀刃接觸點(diǎn)的位移輸出在X向與Z向之間始終保持相同的相位= = β，在Y向始終與X向和Z向保持一定的相位差Δψ^ = Δψ^ = α,由此實(shí)現(xiàn)金剛石刀刃在X-Y平面和Y-Z平面分別作橢圓運(yùn)動，在X-Z平面保持直線運(yùn)動；(2)當(dāng)金剛石切削刀具的前角及刃傾角非零時，其在X-Z平面內(nèi)也具有切削能力，此時只需調(diào)整三個壓電疊堆的正弦波驅(qū)動信號之相位ψΛ、％和,使三者之間均保持一定的相位差^O ,Δψ^ #0和#0 ,金剛石刀刃即可在X-Y平面、Y-Z平面和Z-X平面內(nèi)均作橢圓切削運(yùn)動；(3)主動調(diào)整相互垂直布置的三個壓電疊堆驅(qū)動信號的幅值、頻率、以及金剛石刀刃接 觸點(diǎn)的位移輸出在X-Y向之間或Y-Z向之間的相位差，即可實(shí)現(xiàn)金剛石切削刀具三維橢圓 運(yùn)動軌跡參數(shù)的自主控制。
2.一種金剛石切削刀具三維橢圓運(yùn)動生成裝置，其特征在于基體與基座通過定位銷 和削邊定位銷限位、并通過螺釘一、螺釘二固定連接，Y向壓電疊堆下端通過Y向上楔塊與 Y向下楔塊連接，Y向楔塊擋板與基體螺紋連接，Y向楔塊調(diào)整螺釘與Y向下楔塊頂接，Z向 壓電疊堆下端通過Z向上楔塊與Z向下楔塊連接，Z向楔塊擋板與基體螺紋連接，Z向楔塊 調(diào)整螺釘與Z向下楔塊頂接，X向壓電疊堆下端通過X向上楔塊與X向下楔塊連接，X向楔 塊擋板與基體通過螺釘一、螺釘二、螺釘三、螺釘四螺紋連接，X向楔塊調(diào)整螺釘與χ向下楔 塊頂接，該三個壓電疊堆相互垂直布置、每個壓電疊堆的自由端皆固定一個不銹鋼球冠體、 并分別與刀座“球-平面”接觸連接，刀頭與刀體固定連接，刀體分別通過壓緊螺釘、側(cè)面壓 緊螺釘與刀座固定連接，預(yù)緊螺栓一端與刀座通過錐面定位和螺紋固定連接、另一端通過 預(yù)緊螺母與基體連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金剛石切削刀具三維橢圓生成方法及裝置，屬于超精密切削和難加工材料切削領(lǐng)域。金剛石切削刀具由相互垂直布置的三個壓電疊堆直接驅(qū)動，使用一個預(yù)緊螺栓對三個壓電疊堆同時預(yù)緊，由三個楔形塊機(jī)構(gòu)對三個壓電疊堆的預(yù)緊力分別微調(diào)；通過主動控制三個壓電疊堆驅(qū)動信號的初始相位，使金剛石刀刃的運(yùn)動在X-Y平面和YZ平面的投影分別為橢圓運(yùn)動、在X-Z平面的投影為往復(fù)直線運(yùn)動；通過調(diào)整三個壓電疊堆驅(qū)動信號的頻率和幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)切削刀具三維橢圓運(yùn)動軌跡參數(shù)的自主控制。本發(fā)明之方法及裝置非常簡單、易于實(shí)施，有利于獲得金剛石切削刀具的最佳切削加工性。
文檔編號B23Q5/02GK102059575SQ20101055989
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者周曉勤, 林潔瓊, 王剛, 許蓬子, 趙紹昕 申請人:吉林大學(xué)