CN105171926A - 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置 - Google Patents

一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105171926A
CN105171926A CN201510438214.1A CN201510438214A CN105171926A CN 105171926 A CN105171926 A CN 105171926A CN 201510438214 A CN201510438214 A CN 201510438214A CN 105171926 A CN105171926 A CN 105171926A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pzt piezoelectric
elliptical ring
point diamond
vibration
piezoelectric ceramics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510438214.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105171926B (zh
Inventor
彭云峰
陆宇帆
张彬文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201510438214.1A priority Critical patent/CN105171926B/zh
Publication of CN105171926A publication Critical patent/CN105171926A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105171926B publication Critical patent/CN105171926B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置，涉及表面加工中的辅助装置。设有单点金刚石刀具、左右PZT压电陶瓷组、椭圆环、左右横梁、左右柔性铰链和支承臂；单点金刚石刀具固定在椭圆环的顶端外侧，右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组通过右柔性铰链和左柔性铰链分别与椭圆环两端内侧面相连接，左右横梁分别连接于支承臂顶端两侧，支承臂穿过椭圆环上的通孔外接加工装置本体；右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组外接信号发生装置。可通过控制PZT压电陶瓷两边的电压和相位来生成椭圆环顶端的高频微幅振动，从而控制椭圆环顶端单点金刚石的切削运动轨迹而改变其切削加工特性。

Description

一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置
技术领域
本发明涉及表面加工中的辅助装置，尤其是涉及利用振动辅助控制单点金刚石切削加工的一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置。
背景技术
制造业是国民经济的支柱产业，而表面加工是现代制造业中的重要环节，是实现精密加工和超精密加工的最高效应用最广的工艺技术之一。随着航空、电子、光学及通信工业的迅猛崛起，社会对于硬脆性材料、难加工材料、新型先进材料和复杂微结构表面的需求日益增多。为了实现这些材料零件的精密加工和超精密加工，表面加工技术逐渐得到发展与扩展。
传统的切削加工由于刀具与工件的切削力分配不均，容易产生较大的切削力，进而累积了大量的切削热，导致工件表面、亚表面损伤，降低了表面质量，切削力的分配不均带来了应力的集中也威胁着零件和刀具的安全。而传统的砂轮磨削，由于磨粒形状大小与分布规律的不定，存在磨削法向力与切向力之比大、磨削比能高、磨削温度高以及磨削过程中磨粒容易脱落等不足。因此，迫切需要一种新型切削刀具来更好地处理材料表面质量。
中国专利201410135347.4公开了一种电泳与超声振动辅助微细铣削加工装置，包括立式滑块、微细超声主轴、微细超声主轴电源发生器及控制面板、电泳辅助电源、微细超声平台电源发生器及控制面板、运动控制系统、微三维运动平台、微细超声平台、铣刀、电泳辅助圆形电极。本发明在普通超声振动辅助微铣削加工过程中加入具有超微磨粒的溶液，同时通过电泳圆形辅助电极，在微铣刀上加上辅助电压，使两者之间产生辅助电场，驱动微细磨粒运动或吸附到微铣刀上，使加工时磨粒对工件起到磨削的作用。
中国专利200810084493.6公开了一种脆性材料的微振动辅助切割装置及其方法。以初始切割部对工件固定部上的工件切割具有第一深度的初始切沟，且以振动接触部沿此初始切沟移动，同时产生垂直初始切沟的预订频率的微量振动，使该初始切沟的第一深度加深为第二深度，进而断裂。
发明内容
本发明的目的在于针对常规加工无法对硬脆性材料等难加工材料和复杂微结构表面进行良好的精密加工特点，提供可与通用切削加工机床配用的一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置。
本发明设有单点金刚石刀具、左PZT压电陶瓷组、右PZT压电陶瓷组、椭圆环、左横梁、右横梁、左柔性铰链、右柔性铰链和支承臂；所述单点金刚石刀具固定在椭圆环的顶端外侧，右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组通过右柔性铰链和左柔性铰链分别与椭圆环两端内侧面相连接，右横梁和左横梁分别连接于支承臂顶端两侧，椭圆环底部设有通孔，支承臂穿过椭圆环上的通孔外接加工装置本体；右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组外接信号发生装置，用于控制两根PZT压电陶瓷的同相/异相振动，可在椭圆环顶端的刀尖处生成一维或二维的高频微幅振动，当同步控制右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组的同相等幅振动时，椭圆环将在单点金刚石刀具处形成一维振动运动形式；当控制右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组的不同相或不等幅振动时，经椭圆环的放大作用，将在椭圆环的顶端，即单点金刚石刀具处形成二维的振动形式，同时，振动的幅度可以通过控制椭圆环的大小尺寸获得，从而可改变单点金刚石刀具与工件之间的运动关系和材料去除性能，实现硬脆性难加工材料和表面复杂微结构的精密加工。
所述振动传递部分采用椭圆环结构，该结构具有传递振动以及改变刀具空间姿态的作用。
所述椭圆环为半刚性，且低部具有可供支承臂穿过的通孔。
所述双PZT压电陶瓷和柔性铰链可采用与支承臂呈对称方式布置。
本发明可通过控制PZT压电陶瓷两边的电压和相位来生成椭圆环顶端的高频微幅振动，从而控制椭圆环顶端单点金刚石的切削运动轨迹而改变其切削加工特性。与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：
(1)采用椭圆环结构，可以通过两端的PZT压电陶瓷振动控制椭圆环顶端的运动形式，相比其他结构，更易形成与中心轴线成一定摆角方向的一维振动形式，可用于表面微结构的凿削加工，这是其显著特点之一。
(2)椭圆环结构为半刚性，可控制整个加工工艺系统的刚度与阻尼特性，有助于获得良好的切削加工性能。
(3)采用通过椭圆环底部的支承臂结构，可方便的与机床进行连接。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构组成示意图。
图2为本发明实施例的平面结构组成示意图。
图3为本发明实施例的结构分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
如图1～3所示，本发明实施例设有单点金刚石刀具9、左PZT压电陶瓷组7、右PZT压电陶瓷组3、椭圆环1、左横梁6、右横梁4、左柔性铰链8、右柔性铰链2、支承臂5。整体结构为对称结构；所述单点金刚石刀具9固定在椭圆环1的顶端外侧，右PZT压电陶瓷组3和左PZT压电陶瓷组7通过右柔性铰链2和左柔性铰链8分别与椭圆环1两端内侧面相连接，右横梁4和左横梁6分别连接于支承臂5顶端两侧，椭圆环1底部设有通孔，支承臂5穿过椭圆环1上的通孔与加工装置本体连接；右PZT压电陶瓷组3和左PZT压电陶瓷组7外接信号发生装置，用于控制两根PZT压电陶瓷的同相/异相振动，可在椭圆环顶端的刀尖处生成一维或二维的高频微幅振动，当同步控制右PZT压电陶瓷组3和左PZT压电陶瓷组7的同相等幅振动时，椭圆环1将在单点金刚石刀具9处形成一维振动运动形式；当控制右PZT压电陶瓷组3和左PZT压电陶瓷组7的不同相或不等幅振动时，经椭圆环1的放大作用，将在椭圆环1的顶端，即单点金刚石刀具9处形成二维的振动形式，同时，振动的幅度可以通过控制椭圆环1的大小尺寸获得，从而可改变单点金刚石刀具9与工件之间的运动关系和材料去除性能，实现硬脆性难加工材料和表面复杂微结构的精密加工。

Claims (4)

1.一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置，其特征在于设有单点金刚石刀具、左PZT压电陶瓷组、右PZT压电陶瓷组、椭圆环、左横梁、右横梁、左柔性铰链、右柔性铰链和支承臂；所述单点金刚石刀具固定在椭圆环的顶端外侧，右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组通过右柔性铰链和左柔性铰链分别与椭圆环两端内侧面相连接，右横梁和左横梁分别连接于支承臂顶端两侧，椭圆环底部设有通孔，支承臂穿过椭圆环上的通孔外接加工装置本体；右PZT压电陶瓷组和左PZT压电陶瓷组外接信号发生装置，用于控制两根PZT压电陶瓷的同相/异相振动。
2.如权利要求1所述一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置，其特征在于振动传递部分采用椭圆环结构。
3.如权利要求1所述一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置，其特征在于所述椭圆环为半刚性，且低部具有可供支承臂穿过的通孔。
4.如权利要求1所述一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置，其特征在于所述双PZT压电陶瓷和柔性铰链采用与支承臂呈对称方式布置。
CN201510438214.1A 2015-07-23 2015-07-23 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置 Active CN105171926B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510438214.1A CN105171926B (zh) 2015-07-23 2015-07-23 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510438214.1A CN105171926B (zh) 2015-07-23 2015-07-23 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105171926A true CN105171926A (zh) 2015-12-23
CN105171926B CN105171926B (zh) 2017-03-29

Family

ID=54894587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510438214.1A Active CN105171926B (zh) 2015-07-23 2015-07-23 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105171926B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105642533A (zh) * 2016-01-11 2016-06-08 襄阳爱默思智能检测装备有限公司 一种大范围垂直可调的振动发生装置及控制方法
CN105910784A (zh) * 2016-06-01 2016-08-31 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种适用于部组件产品的振动离心复合环境模拟试验装置
CN105928681A (zh) * 2016-06-14 2016-09-07 中国工程物理研究院总体工程研究所 基于压电陶瓷-液压的振动-动态离心复合环境试验装置
CN106370537A (zh) * 2016-09-30 2017-02-01 吉林大学 基于压电纤维的精密压入驱动单元
CN109434142A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 苏州大学 一种快速伺服刀架
CN111069767A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 华中科技大学 一种超声振动微激光辅助复合单点金刚石切削加工系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006110972A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Kazumasa Onishi 超音波加工装置
JP2006346848A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Kazumasa Onishi 超音波ワイヤソー装置
CN101716745A (zh) * 2009-11-09 2010-06-02 清华大学 一种超声辅助化学机械抛光蓝宝石衬底材料的装置及方法
CN101942547A (zh) * 2010-07-13 2011-01-12 北京航空航天大学 超声椭圆振动挤压装置及用其进行零件表面光整的振动挤压加工方法
CN102275231A (zh) * 2011-07-25 2011-12-14 东北大学 三维超声波振动切削加工工作头
CN102380626A (zh) * 2011-08-19 2012-03-21 清华大学 一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006110972A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Kazumasa Onishi 超音波加工装置
JP2006346848A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Kazumasa Onishi 超音波ワイヤソー装置
CN101716745A (zh) * 2009-11-09 2010-06-02 清华大学 一种超声辅助化学机械抛光蓝宝石衬底材料的装置及方法
CN101942547A (zh) * 2010-07-13 2011-01-12 北京航空航天大学 超声椭圆振动挤压装置及用其进行零件表面光整的振动挤压加工方法
CN102275231A (zh) * 2011-07-25 2011-12-14 东北大学 三维超声波振动切削加工工作头
CN102380626A (zh) * 2011-08-19 2012-03-21 清华大学 一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105642533A (zh) * 2016-01-11 2016-06-08 襄阳爱默思智能检测装备有限公司 一种大范围垂直可调的振动发生装置及控制方法
CN105910784A (zh) * 2016-06-01 2016-08-31 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种适用于部组件产品的振动离心复合环境模拟试验装置
CN105928681A (zh) * 2016-06-14 2016-09-07 中国工程物理研究院总体工程研究所 基于压电陶瓷-液压的振动-动态离心复合环境试验装置
CN106370537A (zh) * 2016-09-30 2017-02-01 吉林大学 基于压电纤维的精密压入驱动单元
CN109434142A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 苏州大学 一种快速伺服刀架
CN111069767A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 华中科技大学 一种超声振动微激光辅助复合单点金刚石切削加工系统
CN111069767B (zh) * 2019-12-31 2020-12-08 华中科技大学 一种超声振动微激光辅助复合单点金刚石切削加工系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105171926B (zh) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105171926A (zh) 一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置
CN102380626B (zh) 一种辅助金刚石刀具超精密切削的超声椭圆振动机构
Chen et al. State-of-the-art review on vibration-assisted milling: principle, system design, and application
Ding et al. Wear of diamond grinding wheel in ultrasonic vibration-assisted grinding of silicon carbide
Shamoto et al. Development of ultrasonic elliptical vibration controller for elliptical vibration cutting
CN105619187B (zh) 一种二维超声振动抛光加工装置及方法
CN106271493B (zh) 一种激光预制微织构辅助超声铣削工艺方法及加工系统
CN101502971B (zh) 一种高频超声椭圆振动切削装置
CN204413769U (zh) 一种三维超声振动elid内圆磨削实验装置
Chen et al. An experimental study of the effects of ultrasonic vibration on grinding surface roughness of C45 carbon steel
CN108927572A (zh) 一种纵弯复合模式三维椭圆超声振动切削装置
Bhattacharyya et al. Modern machining technology: Advanced, hybrid, micro machining and super finishing technology
CN102120302A (zh) 一种单激励椭圆超声振动修整装置
CN108972302B (zh) 一种非谐振式振动辅助抛光装置及方法
CN102490088A (zh) 一种超声振动三维螺线磨削方法
Suzuki et al. Ultraprecision micromachining of hardened steel by applying ultrasonic elliptical vibration cutting
CN105058247B (zh) 微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台
CN113510060B (zh) 一种纵弯复合振动模式的超声椭圆振动切削装置
JP2008510631A (ja) 超音波振動アシスト型加工装置
Yadava et al. Design of horn for rotary ultrasonic machining using the finite element method
CN102240960A (zh) 一种超精密超声珩磨装置
CN104440558A (zh) 一种超声激光复合修整砂轮方法
CN103817355A (zh) 一种精密或超精密车削加工用弯曲模式超声振动辅助切削装置
JP2008538727A (ja) 切削もしくは研削装置
JP2007216372A (ja) 超音波加振ユニット・超音波加振テーブルユニット・超音波加振水槽ユニット・超音波加振ホーンユニット

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant