三维超声椭圆振动辅助切削装置及椭圆轨迹产生方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维超声椭圆振动辅助切削装置及其椭圆轨迹产生方法，属于数控加工领域。该装置由多轴柔性铰链、底座、刀具预紧螺钉、连接螺钉、基座以及X、Y和Z三个方向上压电陶瓷片、电极片、双螺母结构、连接轴、振动频率微调器组成。多轴柔性铰链由三个相互垂直的子链和刀具安装架构成，每个子链上开设有两个结构相同布置方位不同的第一柔性铰链单元和第二柔性铰链单元，刀具固定在刀具安装架上，通过在X、Y和Z三个方向上压电陶瓷在每个子链上产生位移输入，在三个方向经位移放大和叠加后，驱动多轴柔性铰链在刀具刀尖处产生三维空间中的椭圆运动轨迹，本发明专利技术具有装置结构简单、各输入互相解耦、易于生成三维椭圆运动轨迹，可方便与数控机床直接集成进行辅助精密加工。

【技术实现步骤摘要】
三维超声椭圆振动辅助切削装置及椭圆轨迹产生方法
本专利技术属于数控加工领域，特别涉及三维超声椭圆振动辅助切削装置及椭圆轨迹产生方法领域。
技术介绍
随着精密及超精密加工技术的迅猛发展,椭圆振动切削由于其降低切削力、提高加工质量、抑止工件毛刺产生、增加刀具寿命等优点,已经受到广泛关注。鉴于对高精密零件的加工质量要求越来越高,学者们就进一步提高椭圆振动切削的加工表面质量设计出了多种椭圆振动切削的方法和配套的振动切削装置。研究表明了三维椭圆振动切削是中最有发展前景的一种辅助自由曲面精密加工和任意形状微纳织构切削加工的方法。在椭圆振动切削，尤其是三维椭圆振动辅助切削，具有提高加工表面质量、减小切削热和切削力、抑制刀具磨损等优点，研究表明了三维椭圆振动切削是中最有发展前景的一种切削方法，所以设计一种三维椭圆振动辅助切削装置是非常必要的。专利(CN102059575A)和专利(CN102371359A)以及其他提到金刚石刀具三维椭圆运动生成方法及其装置的专利，尽管都可以生成椭圆轨迹，但是大部分设计的装置存在以下几个主要缺陷：(1)装置加工效率低，难以在一定时间内切完成切削加工；(2)生成的椭圆轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维超声椭圆振动辅助切削装置，其特征在于：该辅助切削装置包括多轴柔性铰链(3)、底座(2)、金刚石刀具(18)、金刚石刀具预紧螺钉(17)、基座(1)；上述多轴柔性铰链(3)为整体结构，它由三个相互垂直的相交于一起长方体的子链组成，且相交处依据加工刀具安装尺寸加工出刀具安装架；金刚石刀具(18)通过金刚石刀具预紧螺钉(17)安装于该刀具安装架上；定义XYZ坐标系，其中坐标原点O为上述三个子链的轴线的相交点，X、Y、Z轴方向即为上述三个子链的轴线方向；将上述三个子链分别称为X轴方向子链(301)、Y轴方向子链(302)、Z轴方向子链(303)；上述底座(2)为整体结构，它由三个相互垂直的相交...

【技术特征摘要】
1.一种三维超声椭圆振动辅助切削装置，其特征在于：所述三维超声椭圆振动辅助切削装置包括多轴柔性铰链(3)、底座(2)、金刚石刀具(18)、金刚石刀具预紧螺钉(17)、基座(1)；上述多轴柔性铰链(3)为整体结构，它由三个相互垂直的相交于一起长方体的子链组成，且相交处依据加工刀具安装尺寸加工出刀具安装架；金刚石刀具(18)通过金刚石刀具预紧螺钉(17)安装于该刀具安装架上；定义XYZ坐标系，其中坐标原点O为上述三个子链的轴线的相交点，X、Y、Z轴方向即为上述三个子链的轴线方向；将上述三个子链分别称为X轴方向子链(301)、Y轴方向子链(302)、Z轴方向子链(303)；上述底座(2)为整体结构，它由三个相互垂直的相交于一起的壁面组成，上述三个壁面分别称为YZ壁面、XZ壁面、XY壁面；其中YZ壁面与X轴方向子链(301)的输入端相对应，并与X轴方向子链(301)相垂直；XZ壁面与Y轴方向子链(302)的输入端相对应，并与Y轴方向子链(302)相垂直；XY壁面与Z轴方向子链(303)的输入端相对应，并与Z轴方向子链(303)相垂直；多轴柔性铰链(3)的每个子链与对应壁面之间均通过连接轴(19)相连；并通过连接轴(19)分别将第一压电陶瓷(5)、第一电极片(6)、第二压电陶瓷(22)、第二电极片(23)、双螺母(8)依次安装于该子链输入端与对应壁面内侧之间；另外，位于该壁面外侧还有一振动频率微调器(7)与连接轴(19)末端相连；上述底座(2)通过其中一个壁面固定于所述基座(1)上；定义X轴方向子链(301)的四个侧面中，与Z轴平行的两个侧面分别称为第一表面、第三表面，与Y轴平行的两个侧面分别称为第二表面、第四表面；定义Y轴方向子链(302)的四个侧面，与X轴平行的两个侧面分别称为第一表面、第三表面，与Z轴平行的两个侧面分别称为第二表面、第四表面；定义Z轴方向子链(303)的四个侧面中，与Y轴平行的两个侧面分别称为第一表面、第三表面，与X轴平行的两个侧面分别称为第二表面、第四表面；上述多轴柔性铰链(3)的每个子链上均开设有两个结构相同布置方位不同的第一柔性铰链单元和第二柔性铰链单元；其中第一柔性铰链单元相比第二柔性铰链单元更接近坐标O点；第一柔性铰链单元包括位于子链第一表面(1001)的第一沟槽(1005)、第二沟槽(1006)，和位于子链第三表面(1003)的第三沟槽(1007)、第四沟槽(1008)，上述沟槽均垂直于所在子链；还包括贯穿第二表面(1002)和第四表面(1004)的第一工字型沟槽；将该第一工字型沟槽视为A条状通孔(10011)、B条状通孔(1009)、C条状通孔(10010)的组合结构，其中A条状通孔(10011)与B条状通孔(1009)平行，C条状通孔(10010)垂直于A条状通孔(10011)、B条状通孔(1009)；上述第一沟槽(1005)、第二沟槽(1006)与第三沟槽(1007)、第四沟槽(1008)沿C条状通孔(10010)对称，并且第一沟槽(1005)、第三沟槽(1007)和A条状通孔(10011)位于同一个子链的横截面上，第二沟槽(1006)、第四沟槽(1008)和B条状通孔(1009)位于同一个子链的横截面上；第二柔性铰链单元包括位于子链第二表面(1002)的第五沟槽(10017)、第六沟槽(10018)和位于子链第四表面(1004)的第七沟槽(10012)、第八沟槽(10013)，上述沟槽均垂直于所在子链；还包括贯穿第一表面(1001)和第三表面(1003)的第二工字型沟槽；将该第二工字型沟槽视为D条状通孔(10014)、E条状通孔(10016)、F条状通孔(10015)的组合结构，其中D条状通孔(10014)与E条状通孔(10016)平行，F条状通孔(10015)垂直于D条状通孔(10014)、E条状通孔(10016)；上述第五沟槽(10017)、第六沟槽(10018)与第七沟槽(10012)、第八沟槽(10013)沿F条状通孔(10015)对称，上述第五沟槽(10017)、第七沟槽(10012)和D条状通孔(10014)位于同一个子链的横截面上，第六沟槽(10018)、第八沟槽(10013)和E条状通孔(10016)位于同一个子链的横截面上。2.根据权利要求1所述的三维超声椭圆振动辅助切削装置，其特征在于：从坐标O点开始计算，设子链长度为L；上述第一柔性铰链单元位于1/3L处，第二柔性铰链单元位置距离第一柔性铰链单元位置之间的距离为1/5L；A条状通孔(10011)到B条状通孔(1009)的距离，与D...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臣，宋云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32