一种脆性材料局域加热改性切削方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脆性材料局域加热改性切削方法及装置，包括压电叠堆驱动部分、温度控制部分及安装基体部分，压电叠堆驱动部分包括压电驱动陶瓷、第一柔性铰链结构组、第二柔性铰链结构组、第三柔性铰链结构组、中心块机构，温度控制部分包括刀架、固定块、冷却机构和加热机构，安装基体部分包括安装基座；所述温度控制部分与中心块机构的前端固定连接，所述刀架、加热机构、固定块和冷却机构自前向后依次连接。本发明专利技术基于电热片的局域加热可以高效、低成本的实现切削区温度的提升，以热效应改善脆性材料塑性流动能力，提高材料脆塑转变极限切深，从而提高脆性材料的去除率。从而提高脆性材料的去除率。从而提高脆性材料的去除率。

【技术实现步骤摘要】
一种脆性材料局域加热改性切削方法及装置


[0001]本专利技术属于脆性材料超精密切削
，具体为一种脆性材料局域加热改性切削方法及装置。

技术介绍

[0002]脆性材料，如红外窗口材料、光学陶瓷等，在光学应用中日益广泛，而该类材料的低断裂韧性对其切削加工提出了极大挑战，迫切需要发展可获得高质量表面的脆性材料高效加工方法。
[0003]目前，通常采用单晶金刚石刀具在塑性域内对脆性材料进行切削加工，而决定材料脆塑性去除特征的极限切深往往在数十至数百纳米，严重限制了材料的去除率。为提高加工效率，诸多方法被提出以实现材料极限切深的提高，主要包括：(超声)振动辅助切削、离子注入材料改性、激光照射改性等。近年来，通过加热工件整体而提高材料塑性流动性的方法也被提出，虽然该方法通过热能辅助材料流动可有效提升材料的脆塑转变极限，但该方法存在较大的热效应，材料整体加热易于诱发材料内部结构变化、材料表面与空气高温接触氧化等问题。同时，材料在整体加热和冷却过程中更易于产生过大的中低频误差，限制了其在超精密加工中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种脆性材料局域加热改性切削方法及装置，为改善脆性材料的塑性切削提供有效手段。
[0005]为实现以上目的的技术解决方案如下：
[0006]一种脆性材料局域加热改性切削装置，包括压电叠堆驱动部分、温度控制部分及安装基体部分，所述压电叠堆驱动部分包括压电驱动陶瓷、第一柔性铰链结构组、第二柔性铰链结构组、第三柔性铰链结构组、中心块机构，所述温度控制部分包括刀架、固定块、冷却机构和加热机构，所述安装基体部分包括安装基座；
[0007]所述压电驱动陶瓷的后端与安装基座固定连接、前端与第一柔性铰链结构组的后端抵接，所述第二柔性铰链结构组包括至少两个第二柔性铰链，每个第二柔性铰链的一端与安装基座连接、另一端与中心块机构的一侧连接，第一柔性铰链结构组的前端与位于最后部的第二柔性铰链的侧部连接，第三柔性铰链结构组的一端与中心块机构的另一侧连接、另一端与安装基座连接，
[0008]所述温度控制部分与中心块机构的前端固定连接，所述刀架、加热机构、固定块和冷却机构自前向后依次连接。
[0009]进一步地，所述中心块机构包括位于前部的质量块、位于所述质量块两侧的中心块机构柔性铰链、中心通孔和位于中心通孔后部的力传感器安装壁。
[0010]进一步地，还包括压电式力传感器，所述压电式力传感器的头部穿过所述力传感器安装壁的螺纹孔抵接于所述质量块的后端面。
[0011]进一步地，还包括电容式位移传感器，所述电容式位移传感器的头部穿过安装基座抵接于中心块机构的后端面。
[0012]进一步地，所述冷却机构为水冷机构，包括冷却水进口、冷却水出口和位于机构内的U形水冷通道。
[0013]进一步地，所述加热机构为电加热片。
[0014]进一步地，所述刀架四角上开设有光孔，所述固定块的四角上开设有与四个光孔对应的固定块螺纹孔。
[0015]一种采用上述的脆性材料局域加热改性切削装置提升脆性材料的塑性切削性能方法，在切削过程中通过加热机构实现刀架、刀具和脆性材料的加热。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]基于电热片的局域加热可以高效、低成本的实现切削区温度的提升，以热效应改善脆性材料塑性流动能力，提高材料脆塑转变极限切深，从而提高脆性材料的去除率；装置具有结构简单紧凑、配件易获得等优点，可有效实现刀具的局域加热和温度控制；刀架装置具有压电驱动和位移传感模块，可以实现快速刀具伺服功能以加工复杂曲面；刀架装置集成有力传感单元，可以实现切削过程背吃刀力的在位监控，具备切削过程智能监控能力。
附图说明
[0018]图1是本专利技术脆性材料局域加热改性切削装置整体装配图。
[0019]图2是本专利技术压电叠堆驱动部分示意图。
[0020]图3是柔性铰链部分放大图。
[0021]图4是本专利技术温度控制部分示意图。
[0022]图5是本专利技术刀架装置部分示意图。
[0023]图6是本专利技术固定块结构示意图。
[0024]图7是水冷机构结构示意图。
[0025]图8是本专利技术安装基体部分示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。
[0027]结合图1-8，一种脆性材料局域加热改性切削装置，包括压电叠堆驱动部分、温度控制部分及安装基体部分，所述压电叠堆驱动部分包括压电驱动陶瓷7、第一柔性铰链结构组9、第二柔性铰链结构组10、第三柔性铰链结构组13、中心块机构11，所述温度控制部分包括刀架1、固定块2、冷却机构3和加热机构8，所述安装基体部分包括安装基座4；
[0028]结合图2-3，所述压电驱动陶瓷7的后端与安装基座4固定连接、前端与第一柔性铰链结构组9的后端抵接，所述第二柔性铰链结构组10包括至少两个第二柔性铰链，每个第二柔性铰链的一端与安装基座4连接、另一端与中心块机构11的一侧连接，第一柔性铰链结构组9的前端与位于最后部的第二柔性铰链的侧部连接，第三柔性铰链结构组13的一端与中心块机构11的另一侧连接、另一端与安装基座4连接，
[0029]结合图4，所述温度控制部分与中心块机构11的前端固定连接，所述刀架1、加热机构8、固定块2和冷却机构3自前向后依次连接。
[0030]优选地，结合图3，所述中心块机构11包括位于前部的质量块12、位于所述质量块12两侧的中心块机构柔性铰链11-1、中心通孔11-2和位于中心通孔11-2后部的力传感器安装壁11-3。
[0031]第一柔性铰链结构组9与压电驱动陶瓷7接触相连接并通过基座4上的螺纹孔22使用螺钉进行压紧，压电驱动陶瓷7中心与第一柔性铰链结构组9中心处于同一直线上。压电驱动陶瓷7被激励后推动第一柔性铰链结构组9沿y轴(切削刀具运动方向)方向做直线运动，结合图3，第一柔性铰链结构组9通过杠杆原理推动第二柔性铰链结构组10做运动在xy平面(x轴为与y轴垂直的位于水平方向的轴，z轴为与竖直方向的轴)内做以固定端为圆心的转动。第二柔性铰链结构组10带动中心块机构11运动，因受两组平行的第二柔性铰链结构组10、第三柔性铰链结构组13的限制，中心块机构11沿与y轴方向做直线运动。中心块机构11中采用刚度较大的柔性铰链组用于达到以下目的：1)使用柔性铰链机构使得在切削过程中机构6有且仅测得切削力在y轴方向的力，过滤x、z轴方向存在的切削力，从而达到使力传感器仅受到y轴方向力、保护力传感器的目的；2)使用刚度较大的柔性铰链，使得质量块12中心块上的位移相较于机构11而言较小，保证了力传感器的安全。力传感器6通过螺纹孔26与中心块机构11相固定，力传感器头部顶在中心块质量块12上测量切削过程中力的大小。中心块机构11前部螺纹孔25通过螺钉与温度控制部分相固定连接。
[0032]优选地，还包括压电式力传感器6，所述压电式力传感器6的头部穿过所述力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脆性材料局域加热改性切削装置，其特征在于，包括压电叠堆驱动部分、温度控制部分及安装基体部分，所述压电叠堆驱动部分包括压电驱动陶瓷(7)、第一柔性铰链结构组(9)、第二柔性铰链结构组(10)、第三柔性铰链结构组(13)、中心块机构(11)，所述温度控制部分包括刀架(1)、固定块(2)、冷却机构(3)和加热机构(8)，所述安装基体部分包括安装基座(4)；所述压电驱动陶瓷(7)的后端与安装基座(4)固定连接、前端与第一柔性铰链结构组(9)的后端抵接，所述第二柔性铰链结构组(10)包括至少两个第二柔性铰链，每个第二柔性铰链的一端与安装基座(4)连接、另一端与中心块机构(11)的一侧连接，第一柔性铰链结构组(9)的前端与位于最后部的第二柔性铰链的侧部连接，第三柔性铰链结构组(13)的一端与中心块机构(11)的另一侧连接、另一端与安装基座(4)连接，所述温度控制部分与中心块机构(11)的前端固定连接，所述刀架(1)、加热机构(8)、固定块(2)和冷却机构(3)自前向后依次连接。2.根据权利要求1所述的脆性材料局域加热改性切削装置，其特征在于，所述中心块机构(11)包括位于前部的质量块(12)、位于所述质量块(12)两侧的中心块机构柔性铰链(11-1)、中心通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志伟，夏紫灵，濮潇楠，周荣晶，朱紫辉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：