一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置，属于光学零件加工技术领域。刀具通过螺栓固定在柔性基体的T型刀座中间的刀槽中，竖直方向压电叠堆头部与直板型柔性铰链接触、下端通过螺栓拧紧预紧块预紧，电容位移传感器夹紧在传感器夹持上，水平方向压电叠堆头部分别接触直板型柔性铰链，电容位移传感器分别夹紧在传感器夹持上，底座下方与燕尾条螺栓连接。优点在于：柔性基体既可以有效降低刀尖处的振动传导到机床导轨，保证了装置的运动精度，又实现了机构自润滑效果，提高了使用寿命，能实现多种面型的切削加工，同时四个压电叠堆都配有电容传感器实时监测实际位移并反馈给控制器进行补偿，加工精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置
本技术属于超精密切削及难加工材料复杂光学零件加工
，特别是涉及一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置。
技术介绍
脆硬材料因其良好的接触刚性、稳定性、光学性能等，近年来在光学系统的镜头、半导体行业中的晶圆等复杂光学精密零件的制造中被广泛的应用，但因其脆硬特性在加工过程中存在很多技术难题，用传统加工方式很难实现，精度很难保证。为解决上述问题，椭圆振动切削技术应运而生。它具有很多独特的加工优势，主要有：增大金刚石刀具在黑色金属切削中的寿命、大幅减小切削力、抑制了毛刺与积屑瘤的产生、改善了被加工表面质量、降低了切削热等优点。因此椭圆振动切削已经成为了超精密加工中的一个重要的发展方向。椭圆振动切削(EVC)技术根据椭圆振动装置的振动形式可以分为非共振型(NT-EVC)和共振型(RT-EVC)。共振型椭圆振动特点是工作频率和装置的固有频率是相等的，因此频率不可调节，难以适应不同的加工需求，且纵弯振动之间存在耦合现象，互相串扰。而根据运动的维数，非共振椭圆振动切削又有一维、二维和三维椭圆振动之分，相比于一维和二维椭圆振动，三维椭圆振动切削对于曲面的加工适应性更强，其不但具有椭圆振动辅助切削的摩擦力逆转和刀屑分离特性，同时由于三维椭圆运动轨迹的空间变换特征，能够进一步减小切削力和延长刀的具寿命。中国专利一种三维椭圆振动切削装置(公开号CN102371359A)提及了一种三维椭圆振动切削装置，但刀具的空间运动轨迹仅仅由三个直线运动合成，运动范围小，难以适应复杂面型的加工需求，同时刀具的振动容易影响装置整体振动，影响其与机床导轨间的配合，降低了运动精度(公开号CN103394705A)中虽然解决了刀具运动范围小的问题，但不同方向的微位移之间存在运动耦合现象，因此合成的运动不够精确，同时可能对压电叠堆造成剪切损坏，同时仍存在有装置的振动传导到机床导轨影响到运动精度的问题。综上，现有的三维椭圆振动切削技术中仍存在运动耦合与切削装置的振动易传导到机床导轨影响到运动精度等问题。
技术实现思路
本技术提供一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置，以解决现有的三维椭圆振动切削技术中仍存在运动耦合与切削装置的振动易传导到机床导轨影响到运动精度的问题，以实现对脆硬材料的超精密切削加工。本技术采取的技术方案是：刀具通过螺栓固定在柔性基体的T型刀座中间的刀槽中，竖直方向压电叠堆一和竖直方向压电叠堆二平行分布、各个头部与直板型柔性铰链一和直板型柔性铰链二接触、下端通过螺栓拧紧预紧块一、螺栓拧紧预紧块二分别预紧，电容位移传感器一和电容位移传感器二分别夹紧在传感器夹持一上、其头部分别对准T型刀座表面，传感器夹持一固定在外支架上；水平方向压电叠堆一和水平方向压电叠堆二平行分布、其头部分别接触直板型柔性铰链三和直板型柔性铰链四、后端通过螺栓拧紧预紧块三和螺栓拧紧预紧块四分别预紧，电容位移传感器三和电容位移传感器四分别夹紧在传感器夹持二和传感器夹持三上、其头部对准内支架表面，该传感器夹持二和传感器夹持三分别固定在外支架上，底座下方与燕尾条螺栓连接。本技术所述柔性基体是一体加工的，T型刀座的两边对称，由直板型柔性铰链一和直板型柔性铰链二支撑，内支架通过直板型柔性铰链三和直板型柔性铰链四与外支架相连，外支架与底座固定连接。本技术所述柔性基体是基于不锈钢金属多孔材料加工而成，弹性模量80-110GPa。本技术与现有技术相比，优点在于：(1)柔性基体基于不锈钢金属多孔材料一体加工而成，其弹性模量能达到80-110GPa，在其表面浸入润滑油会储存在材料中，当铰链受压受振时油液从孔中溢出，既可以有效降低刀尖处的振动传导到机床导轨，保证了装置的运动精度，又实现了机构自润滑效果，提高了使用寿命。(2)本技术在刀尖处合成的三维椭圆轨迹可以通过调节四个压电叠堆的输入信号的幅值、频率和相位差自由调整，能实现多种面型的切削加工，同时四个压电叠堆都配有电容传感器实时监测实际位移并反馈给控制器进行补偿，实现闭环控制，加工精度高。(3)本技术采用了直板型柔性铰链的设计，它相比于常规的直圆型柔性铰链能保证切向运动的传导，并具有较大的运动行程，有利于空间三维椭圆轨迹的构建。(4)本装置刀座部分和竖直方向压电叠堆都连接在内支架上，水平方向铰链的位移可带动内支架及竖直方向两柔性铰链、T型刀座整体位移，该结构巧妙避免了压电叠堆间的运动耦合，保证了精度。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术柔性基体的前轴测图；图3是本技术柔性基体的后轴测图；图4是本技术运动轨迹原理图。具体实施方式刀具10通过螺栓固定在柔性基体1的T型刀座101中间的刀槽中，竖直方向压电叠堆一2和竖直方向压电叠堆二3平行分布，各个头部与直板型柔性铰链一104和直板型柔性铰链二105接触、下端通过螺栓拧紧预紧块一6、螺栓拧紧预紧块二7分别预紧，电容位移传感器一14和电容位移传感器二15分别夹紧在传感器夹持一11上、其头部分别对准T型刀座表面101，传感器夹持一11固定在外支架102上；水平方向压电叠堆一4和水平方向压电叠堆二5平行分布、其头部分别接触直板型柔性铰链三106和直板型柔性铰链四107、后端通过螺栓拧紧预紧块三8和螺栓拧紧预紧块四9分别预紧，电容位移传感器三16和电容位移传感器四17分别夹紧在传感器夹持二12和传感器夹持三13上、其头部对准内支架103表面，该传感器夹持二和传感器夹持三分别固定在外支架102上，底座108下方与燕尾条18螺栓连接；所述柔性基体1是一体加工的，包括内支架103、外支架102和底座108，T型刀座101的两边对称，由直板型柔性铰链一104和直板型柔性铰链二105支撑，内支架103通过直板型柔性铰链三106和直板型柔性铰链四107与外支架102相连，外支架103与底座108固定连接；水平方向的直板型柔性铰链三106和直板型柔性铰链四107的位移可带动内支架103及竖直方向的直板型柔性铰链一104和直板型柔性铰链二105、T型刀座101整体位移；所述柔性基体1是基于不锈钢金属多孔材料加工而成，弹性模量80-110GPa，在其表面浸入润滑油会储存在材料中，当铰链受压受振时油液从孔中溢出，实现机构自润滑效果。按图1所示装配好三维椭圆振动切削装置后，将底座的燕尾槽卡在超精密车床的Z向导轨上，拧紧燕尾条18的连接螺栓使装置固定，工件随主轴做回转运动，切削装置随机床X轴和Z轴做进给运动。如图4所示，通过工控机分别给竖直方向压电叠堆一、压电叠堆二、水平方向压电叠堆一和水平方向压电叠堆二施加一定的控制信号：其中A1,A2,A3,A4为输入信号的幅值，为输入信号的相位角，各个信号之间具有相位差，w是输入信号的频率，刀尖处的实际位移由电容位移传感器实时监测并反馈到控制器中，实现闭环运动补偿，保证运动精度。本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置，其特征在于：刀具通过螺栓固定在柔性基体的T型刀座中间的刀槽中，竖直方向压电叠堆一和竖直方向压电叠堆二平行分布、各个头部与直板型柔性铰链一和直板型柔性铰链二接触、下端通过螺栓拧紧预紧块一、螺栓拧紧预紧块二分别预紧，电容位移传感器一和电容位移传感器二分别夹紧在传感器夹持一上、其头部分别对准T型刀座表面，传感器夹持一固定在外支架上；水平方向压电叠堆一和水平方向压电叠堆二平行分布、其头部分别接触直板型柔性铰链三和直板型柔性铰链四、后端通过螺栓拧紧预紧块三和螺栓拧紧预紧块四分别预紧，电容位移传感器三和电容位移传感器四分别夹紧在传感器夹持二和传感器夹持三上、其头部对准内支架表面，该传感器夹持二和传感器夹持三分别固定在外支架上，底座下方与燕尾条螺栓连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于金属多孔材料的三维椭圆振动柔性装置，其特征在于：刀具通过螺栓固定在柔性基体的T型刀座中间的刀槽中，竖直方向压电叠堆一和竖直方向压电叠堆二平行分布、各个头部与直板型柔性铰链一和直板型柔性铰链二接触、下端通过螺栓拧紧预紧块一、螺栓拧紧预紧块二分别预紧，电容位移传感器一和电容位移传感器二分别夹紧在传感器夹持一上、其头部分别对准T型刀座表面，传感器夹持一固定在外支架上；水平方向压电叠堆一和水平方向压电叠堆二平行分布、其头部分别接触直板型柔性铰链三和直板型柔性铰链四、后端通过螺栓拧紧预紧块三和螺栓拧紧预紧块四分别预紧，电容位移传感器三和电容位移传感器四分别夹紧在传...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，李世斌，周晓勤，李松泽，张志辉，张旭，滕帅，楚镇亚，邢向，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22