[发明专利]一种三维椭圆振动车削刀架

说明书

技术领域

本发明属于难加工材料切削和超精密切削领域，特别是一种三维椭圆振动车削刀架。

背景技术

在传统的切削方法中，车削难加工材料的切削过程往往会导致刀具磨损严重、加工表面质量恶化、加工精度降低。为了解决这些问题，使精密加工更多的应用于在军事、航空航天工业和民用工业中，研究者提出了一系列解决方案，如：低温切削、碳饱和切削和振动切削等。其中振动切削是最有发展前景的一种切削方法，它具有减小切削热、切削力，抑制刀具磨损，改善加工表面质量等诸多优点。实验证实：利用椭圆振动切削加工的工件，加工表面粗糙度更低，切屑更完整。

目前的椭圆振动切削装置主要有共振型和非共振型两种，共振型椭圆振动装置主要缺点有：(1)椭圆运动的频率依赖于刀杆的非线性结构动力学参数，为获得合理的参数需要对刀杆尺寸进行优化，降低了装置的通用性。(2)驱动信号需要反复调试才能使装置共振，且刀杆需要特殊设计，通用性差。(3)三个方向上的振动运动存在动力耦合。(4)所获得的的椭圆失真。

目前非共振型三维椭圆振动装置的主要缺点有：(1)装置的振动靠多个运动副来实现，需要装配且对各零件有较高的精度要求。(2)各零件的配合会产生摩擦损耗和运动间隙。(3)体积庞大，加工费时费料，安装困难。(4)通用性差，不能适用于多个型号的车床。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种振动部件无需定位装配、无摩擦损耗、无运动间隙、操作简单安装方便、通用性强的三维椭圆振动车削刀架。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种三维椭圆振动车削刀架，包括振动部件、基座、顶盖、三个压电陶瓷驱动器、夹具和连接板；三个压电陶瓷驱动器分别为压电陶瓷驱动器A、压电陶瓷驱动器B和压电陶瓷驱动器C；所述的振动部件中心是一个微动平台，通过五个柔顺单元连接至基体，所述的五个柔顺单元的横截面均为正方形，其中柔顺单元B、柔顺单元C、柔顺单元D和柔顺单元E相互平行排列，分布在同一个平面内、且长度相等，柔顺单元A与其他四个柔顺单元垂直，分布在另一个平面内，这两个平面平行且有一定距离；所述的微动平台具有三个自由度，分别为X旋转、Y旋转和Z移动，其中压电陶瓷驱动器C驱动微动平台沿Z轴往复振动，压电陶瓷驱动器A驱动微动平台沿X轴旋转振动，压电陶瓷驱动器B驱动微动平台沿Y轴旋转振动；所述的基体、五个柔顺单元和微动平台组成振动部件，振动部件是一个三自由度柔顺机构，且为一个整体构件；所述的振动部件通过四个螺钉连接至基座；所述的基座与车床连接板连接；所述的顶盖将基体与基座固定；所述的夹具通过梯形槽安装至微动平台；所述的压电陶瓷驱动器C的螺纹端连接至基座横梁、球面端与微动平台后端面顶接；所述的压电陶瓷驱动器B的螺纹端与基座连接、另一端与微动平台下端面连接；所诉的压电陶瓷驱动器A的螺纹端与基体连接、另一端与微动平台侧端面连接；所述的连接板安装在车床上。

本发明工作时，任意型号的车刀通过夹具连接到微动平台上，在三个压电陶瓷驱动器的驱动作用下，微动平台带动车刀振动，使刀尖处的运动轨迹合成一个三维椭圆。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明的振动部件为一个三自由度柔顺机构，是一个整体构件，因此刀架的振动部件无需装配定位，无摩擦损耗和运动间隙；

2、本发明采用压电陶瓷驱动器直接驱动微动平台，使椭圆运动的相角、幅值、频率调节起来更为方便；

3、压电陶瓷驱动器C与微动平台接触的面为球面，消除另两个方向上的转动对该自由度的影响，最大程度上降低了运动耦合，简化了控制；

4、本发明零件数量少，加工简单，安装方便；装置体积小质量轻，便于加工，装配方便；

5、本发明的夹具可安装任意型号的车刀，通用性强。

本发明共有附图7张，其中：

图1为本发明整体装配图；

图2为基座与压电陶瓷驱动器B、压电陶瓷驱动器C的装配图；

图3为振动部件与压电陶瓷驱动器7的装配图；

图4为压电陶瓷驱动器的安装方式示意图；

图5为所合成的椭圆在X-Y平面的投影图；

图6为所合成的椭圆在Z-Y平面的投影图；

图7为所合成的椭圆在X-Z平面的投影图。

图中：1、顶盖，2、振动部件，3、基座，4、夹具，5、连接板，6、紧定螺钉，7、压电陶瓷驱动器A，8、压电陶瓷驱动器B、9、压电陶瓷驱动器C，10、柔顺单元A，11、柔顺单元B，12、柔顺单元C，13、柔顺单元D，14、柔顺单元E，15、微动平台。

具体实施方式