[发明专利]一种角度可调的普适性非共振椭圆振动切削柔性装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密切削加工以及难加工材料复杂光学零件加工技术领域，特别是涉及一种角度可调的普适性非共振椭圆振动切削柔性装置。

背景技术

近年来振动切削在一些高精零件加工领域发挥了重要的作用，尤其是单点金刚石切削，成为了精密和超精密零件创成的一种行之有效的加工方法，被广泛应用在硬脆性材料或较软材料的加工上，不但提高了加工效率，也延长了刀具的使用寿命，并且得到了较好的加工质量。与普通金刚石切削相比，振动切削的方式不但拓展了金刚石刀具可加工材料的范围，同时加工的灵活性也更强。目前的振动切削从振动维度方面主要分为一维振动切削、二维椭圆振动切削和三维椭圆振动切削。虽然与普通切削相比一维振动切削具有无可比拟的优势，但其也存在着相应的不足，如一维振动切削局限于一个方向的刀具往复振动，由于后刀面对已加工表面的熨压作用不利于获得较高质量的表面。因此为了避免相应的不足，日本学者在1993年提出了二维椭圆振动切削(Elliptical vibration cutting)，二维椭圆振动切削相比于一维振动切削，具有更多的优势，如抑制颤振、提高刀具使用寿命、减小切削力等。二维椭圆振动切削提出之后，由于其在加工方面的优势，获得了许多学者的青睐，并对其进行了大量的研究。目前二维振动切削主要分为两类：共振型和非共振型。共振型主要是利用驱动元件不同阶的固有频率形成共振来驱动刀具做二维振动，这种形式下的刀具能够得到高频的振动，但是局限于驱动元件的固有频率，所以刀具的振动频率不可调。非共振型虽然频率与共振型相比往往较低，但是频率可调，使用范围更加广泛。三维椭圆振动切削是在二维椭圆振动切削的基础上提出的，在继承了二维椭圆振动切削优点的基础上，将刀具的平面振动拓展到空间，同时也更有利于切屑的排出。

虽然三维椭圆振动切削优势更突出，但是局限于三维椭圆振动切削装置设计方面以及控制方面的的困难，三维振动切削装置只是停留在实验室阶段，相比于三维椭圆振动切削装置，二维椭圆振动切削装置应用更加广泛，为了使频率可调从而获得适用性更强的二维椭圆振动切削，非共振型的二维椭圆振动切削装置成为研究的重点。目前非共振型二维椭圆振动切削装置专利可查的有：专利CN 103611947A提及的一种铰链并联式椭圆振动切削柔性装置，此装置利用两个平行压电叠堆进行驱动，能够在刀尖处获得椭圆轨迹；专利CN 104117697A提及的一种非共振椭圆振动切削装置，采用两压电叠堆平行驱动方式实现刀具的椭圆运动，优点是体积小，容易获得高频振动；专利CN 105149626A提及的一种适用于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，采用两压电叠堆垂直驱动的方式获得刀具的椭圆运动，优点在于质量小，适用于立式车床；专利CN 105127818 A提及的一种铰链串联式椭圆振动切削柔性装置，采用两压电垂直驱动方式驱动刀具获得椭圆运动，两压电之间不存在耦合现象。以上四个可查非共振型二维椭圆振动切削的相关装置，均为单一型正交车削的振动装置，无法对刀具角度进行调整，而实际切削加工中，不仅仅局限于正交型切削，斜角切削方式在实际生产加工中也是不可缺少的一种加工方式。同样针对本发明的设计原理，上述的专利CN 103611947A和专利CN 104117697A采用两压电平行式驱动，但是均存在较严重的耦合现象。因此，对于椭圆振动切削装置来说，虽然已有学者对其进行了研发设计，但是依然存在着普适性差、耦合较严重等不足之处，无法很好的满足实际的生产需要。

发明内容

本发明提供一种角度可调的普适性非共振椭圆振动切削柔性装置，从而实现适用性更强的非共振椭圆振动切削装置在难加工材料方面的应用。