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] 本實用新型屬于微納與超精密制造以及難切削材料復(fù)雜光學(xué)零件加工技術(shù)領(lǐng)域， 特別是涉及一種鉸鏈串聯(lián)式橢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(jī)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這種困境，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(jī)械加工方式應(yīng)運(yùn)而生，振動切削有效利用了機(jī)械加工過 程中振動的特點，將缺陷加以利用，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(yùn)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熨壓，加速了刀具的磨損，古屋大學(xué)的社本英二教授 等人于1993年首次提出橢圓振動切削（Elliptical Vibration Cutting)的概念，也稱二 維振動切削，刀具的刀尖形成高頻的橢圓運(yùn)動，其間歇的運(yùn)動方式和摩擦力逆轉(zhuǎn)特點可以 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(jìn)行了相關(guān)試驗，例如硬質(zhì)合 金等，研究的結(jié)果表明，橢圓振動切削可以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，對于脆性材料可以實現(xiàn)延展 性切削等。
[0004] 國內(nèi)外目前針對橢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Bremen大學(xué)，美國North Carolina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)，廈門大學(xué)，河南理工大學(xué)等。研究涉及到的主要有橢圓 振動切削裝置，橢圓振動切削路徑，橢圓振動切削控制，橢圓振動切削難加工材料塑脆轉(zhuǎn)變 性能，橢圓振動切削微溝槽加工性能等。
[0005] 橢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 性鉸鏈型非共振型裝置。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，橢圓振動切削加工頻率最高可達(dá)到60KHz，但是共振型的 橢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(jìn)而進(jìn)行切削加工，這樣一來，加工的頻率就不可調(diào)整，同時各階振型之間容 易產(chǎn)生耦合，控制的難度較大，所以在裝置的設(shè)計方面，非共振型橢圓振動切削裝置逐漸受 到研究人員的關(guān)注，非共振型橢圓振動切削裝置一般是由壓電疊堆驅(qū)動柔性鉸鏈而成，柔 性鉸鏈的形狀、尺寸大小以及分配方式都對橢圓振動切削的效果有所影響。根據(jù)柔性鉸鏈 的分配方式來合成金剛石刀尖的橢圓軌跡，目前設(shè)計的橢圓振動切削裝置可以生成二維的 橢圓運(yùn)動軌跡和三維的橢圓運(yùn)動軌跡，不同的軌跡可以加工的范圍不同，橢圓振動切削非 共振型裝置根據(jù)目前的文獻(xiàn)記載，由柔性鉸鏈并聯(lián)式和柔性鉸鏈串聯(lián)式兩種。
[0006] 目前已有的非共振橢圓振動切削裝置專利可查的有：專利（CN102078967A)提及 的一種混頻三維橢圓振動切削方法，采用的是并聯(lián)式的柔性鉸鏈，采用壓電疊堆進(jìn)行驅(qū)動， 該并聯(lián)式裝置由于其各個運(yùn)動軸之間呈直角分布，容易產(chǎn)生運(yùn)動耦合，控制起來很困難。專 利（CN102059575A)提及的橢圓切削裝置，采用的是串聯(lián)式的柔性鉸鏈，但是在設(shè)計過程 中，動部件的質(zhì)量較大，難以實現(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(jī)床 要求較高，不具有普遍性。專利（CN102371359A)提及的一種三維橢圓振動切削裝置也同樣 具有上述局限。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的非共振橢圓振動切削裝置還存在著一些不足，因此必須針對這 些不足之處，研究并提出一種新的橢圓振動切削裝置，以實現(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] 本實用新型提供一種鉸鏈串聯(lián)式橢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] 本實用新型采取的技術(shù)方案是：金剛石刀具安裝在采用一體式加工的串聯(lián)柔性鉸 鏈中孔一處，Y向壓電疊堆由串聯(lián)柔性鉸鏈中孔十一內(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)柔性鉸鏈中孔二 上，位移傳感器夾座通過緊固螺釘與串聯(lián)柔性鉸鏈中孔五A和孔五B聯(lián)接，壓電疊堆頂板通 過緊固螺釘與串聯(lián)柔性鉸鏈中孔四A，孔四B，孔四C，孔四D聯(lián)接，串聯(lián)柔性鉸鏈由緊固螺 釘通過孔三A，孔三B，孔三C，孔三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 座的孔七上，并由緊固螺釘通過孔八進(jìn)行固定。
[0010] 本實用新型的串聯(lián)柔性鉸鏈上的Y向柔性鉸鏈與Z向柔性鉸鏈一和Z向柔性鉸鏈 二采取串聯(lián)的配置方式，每一部分柔性鉸鏈包含的四個小分支間成平行四邊形排列。
[0011] 本實用新型的裝置底座上有四個用于與機(jī)床連接的孔九。
[0012] 本實用新型的優(yōu)點的是結(jié)新穎，串聯(lián)式橢圓振動切削柔性裝置的串聯(lián)柔性鉸鏈由 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)柔性鉸鏈中的柔性 鉸鏈全部采用平行四邊形柔性鉸鏈，能夠充分保證運(yùn)動的單向性，柔性裝置可以通過裝置 底座上四個孔安裝在任一機(jī)床上，適用性較強(qiáng)；由Z向和Y向壓電疊堆驅(qū)動，采取的是非共 振的方式，橢圓參數(shù)可以由壓電疊堆驅(qū)動信號來進(jìn)行調(diào)整空間橢圓的位置，該兩個壓電疊 堆驅(qū)動分別驅(qū)動獨立的柔性鉸鏈，相互之間不存在耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性裝置較高的控制精 度。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是本實用新型串聯(lián)柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是本實用新型裝置底座的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017] 圖5是本實用新型壓電疊堆頂板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6是本實用新型橢圓運(yùn)動軌跡參數(shù)調(diào)整圖；
[0019] 圖7是本實用新型的控制原理框圖。
【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)柔性鉸鏈2中孔一 201處，Y向壓電疊 堆5由串聯(lián)柔性鉸