[发明专利]一种用于摩擦副减摩的微纳加工装置及加工方法

权利要求书

1.一种用于摩擦副减摩的微纳加工装置的加工方法，所述用于摩擦副减摩的微纳加工装置包括刀具、双圆弧复合柔性铰链、第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆；双圆弧复合柔性铰链包括三个直边连接端，相邻两个直边连接端之间包括两个圆弧部；第一超声波椭圆振动杆包括第一末端质量杆和设在第一末端质量杆一端的第一环状压电陶瓷致动器、第一电极层；第二超声波椭圆振动杆包括第二末端质量杆和设在第二末端质量杆一端的第二环状压电陶瓷致动器、第二电极层；第一超声波椭圆振动杆、第二超声波椭圆振动杆通过预紧长螺栓与两个直边连接端连接，另外一个直边连接端连接刀具，第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆通过折形支撑块设于三轴测力基座上；

双圆弧复合柔性铰链中部设有圆柱通孔，圆柱通孔与相邻两个直边连接端间开设有通槽；

第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆在水平面上的投影夹角为60°；

与刀具相连的直边连接端竖向端面设有V形槽和连接轴，刀具一端置于V形槽中，刀具与连接轴紧固连接；

加工方法包括步骤如下：

(1)将第一环状压电陶瓷致动器、第一电极层叠套在第一末端质量杆头端组成第一超声波椭圆振动杆；

(2)将第二环状压电陶瓷致动器、第二电极层叠套在第二末端质量杆头端组成第二超声波椭圆振动杆；

(3)将第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆通过预紧长螺栓与双圆弧复合柔性铰链的两个直边连接端紧固连接，第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆水平夹角成60°，第一超声波椭圆振动杆和第二超声波椭圆振动杆通过折形支撑块固定在三轴测力基座上；

(4)将刀具固定在双圆弧复合柔性铰链的V形槽上；

(5)将三轴测力基座和位移传感器固定在立式机床的工作平台的导轨上；

(6)启动机床，机床主轴带动需要加工的柱塞元件高速旋转；

(7)微纳加工装置通过机床工作平台的导轨向主轴柱塞元件的方向匀速运动；

(8)在第一超声波椭圆振动杆上的第一电极层加上正弦波电压，在第二超声波椭圆振动杆上的第二电极层加上与第一电极层振幅相同、相位不同的正弦波电压，继而第一、第二环状压电陶瓷致动器分别将高频电流转换成高频振动；

(9)两个方向成六十度的振动运动通过双圆弧复合柔性铰链的放大叠加，使固定在双圆弧复合柔性铰链上的刀具做椭圆振动，刀具在柱塞元件表面切削凹坑，通过调节超声波电源的功率与频率可调节第一、第二环状压电陶瓷致动器的幅值和频率；

(10)通过三轴测力基座来测量工件变形时的切削力进行反馈保证切削精度。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(8)所述的正弦波电压为300伏，两个正弦波电压的相位差为0～180度。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(4)所述的刀具为V型多晶金刚石刀具，β夹角为60度，α倾角为7度。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(9)所述刀具的工作振动频率为20kHz-40kHz、振幅为5μm。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(9)中，在切削方向上的凹坑的间距为0.15mm～0.45mm。