CN113579262B - 飞刀切削组件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种飞刀切削组件，包括飞刀盘、设置在飞刀盘上的旋转驱动装置、设置在旋转驱动装置的驱动轴上的切削刀片，飞刀盘转动时，旋转驱动装置驱动切削刀片始终保持在同一方向上。由于旋转驱动装置驱动切削刀片始终保持在同一方向上，切削刀片沿直线切削时，飞刀盘旋转到任意位置时切削刀片的前刀面沿同一方向布置，不会出现前刀面的偏转角度变化，因此不会造成传统飞刀切削加工时的纺锤形加工形貌误差。相比于传统的飞刀切削组件安装在三轴超精密机床上，本申请的飞刀切削组件可消除加工直槽及其复合类的微结构形貌误差，使加工精度更高。

Description

飞刀切削组件
技术领域
本申请属于飞刀切削设备技术领域，更具体地说，是涉及飞刀切削组件。
背景技术
飞刀切削技术，又称飞切技术，是一种间歇性的切削技术。与普通车削不同，飞刀切削将刀具径向安装在刀盘前端，再将刀盘安装在车床主轴上随主轴高速旋转。工件则安装在工作台上随工作台进行直线进给，从而实现切削过程。飞刀切削加工技术适用于加工超精密的光学非旋转对称结构或微槽阵列。但该项切削技术需要昂贵的五轴超精密机床多轴伺服配合来控制刀具轨迹，设备成本较高。
于是，人们想到在设备较为便宜的缺配Y轴的普通商用三轴超精密机床上应用飞刀切削技术的方法，这为实现各种复杂微纳结构制备提供了一种低成本、高质量、高效率的方法。以切削直槽结构为例，传统飞刀盘做回转切削运动时，其刀具固定在飞刀盘上，飞刀盘及切削刀具随主轴的转动而转动，由于切削刀具在飞刀盘的不同的转动角度时，切削刀具投影到直槽上的宽度会因切削刀具的偏转角度而变化，致使在加工直槽型等微结构时会不可避免的造成加工形貌误差。如图10和图11所示，图中线段a1b1、a2b2、a3b3为不同旋转角度下的刀具前刀面倾角，将刀具轨迹补偿平移到一条直线上后，切削刃的两端连线会得到两条类纺锤线，该纺锤线即为缺配Y轴的三轴超精密机床上应用飞刀切削技术所固有的加工形貌误差。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种飞刀切削组件，以解决现有技术中存在的飞刀切削中因刀具前刀面的偏转所造成的加工形貌误差的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种飞刀切削组件，包括飞刀盘、设置在所述飞刀盘上的旋转驱动装置、设置在所述旋转驱动装置的驱动轴上的切削刀片，所述飞刀盘转动时，所述旋转驱动装置驱动所述切削刀片的前刀面始终保持在同一方向上。
作为上述技术方案的进一步改进：
可选的，所述旋转驱动装置的驱动轴与所述飞刀盘的旋转轴线重合或平行。
可选的，还包括设置在所述飞刀盘上的位移驱动装置，所述旋转驱动装置设置在所述位移驱动装置上。
可选的，所述位移驱动装置为直线位移驱动装置。
可选的，所述飞刀盘盘面为圆形，所述位移驱动装置沿飞刀盘的径向方向安装于所述飞刀盘盘面上。
可选的，所述位移驱动装置包括贴靠于所述飞刀盘盘面的滑轨、滑动连接于所述滑轨上的滑块，所述旋转驱动装置安装于所述滑块上。
可选的，所述位移驱动装置包括沿飞刀盘径向并垂直于所述飞刀盘盘面的滑轨、滑动连接于所述滑轨上的滑块，所述旋转驱动装置安装于所述滑块上。
可选的，所述飞刀盘上设有多个用于安装所述旋转驱动装置的安装结构，所述旋转驱动装置可选择地安装于所述安装结构上。
可选的，还包括设置在所述旋转驱动装置的驱动轴上的刀架，所述切削刀片安装在所述刀架上。
可选的，所述刀架具有容纳孔，所述刀架通过所述容纳孔套装在所述旋转驱动装置的驱动轴上。
本申请提供的飞刀切削组件的有益效果在于：本申请提供的飞刀切削组件安装在三轴超精密机床上工作时，由机床主轴带动飞刀盘做回转切削运动。工件固定在工作台上，并由工作台带动工件沿X轴方向做平移运动。在加工直槽结构时，由工作台带动工件做平移补偿运动，以补偿飞刀盘回转运动产生的圆弧，以此加工出直槽结构。由于旋转驱动装置驱动切削刀片始终保持在同一方向上，切削刀片沿直线切削时，飞刀盘旋转到任意位置时切削刀片的前刀面沿同一方向布置，不会出现前刀面的偏转角度变化，因此不会造成传统飞刀切削加工时的纺锤形加工形貌误差。相比于传统的飞刀切削组件安装在三轴超精密机床上，本申请的飞刀切削组件可消除加工直槽及其复合类的微结构形貌误差，使加工精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的实施例1的飞刀切削组件的立体结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大结构示意图；
图3为本申请提供的实施例1的飞刀切削组件的拆分结构示意图；
图4为本申请提供的实施例1的飞刀切削组件的后视结构示意图；
图5为本申请提供的实施例1的飞刀切削组件的使用状态示意图；
图6为本申请提供的实施例2的飞刀切削组件的立体结构示意图；
图7为本申请提供的实施例2的飞刀切削组件的拆分结构示意图；
图8为本申请提供的实施例3的飞刀切削组件的立体结构示意图；
图9为本申请提供的实施例3的飞刀切削组件的拆分结构示意图；
图10为传统飞刀切削加工切削刀具使用状态示意图；
图11为传统飞刀切削加工的加工形貌误差示意图；
图12为本申请的飞刀切削加工切削刀具使用状态示意图；
图13为本申请的飞刀切削加工的加工形貌误差示意图；
图14为本申请的飞刀切削加工刀具补偿角度计算示意图。
其中，图中各附图标记：
1、飞刀盘；2、旋转驱动装置；3、切削刀片；4、位移驱动装置；41、滑轨；42、滑块；5、安装结构；6、刀架；7、容纳孔。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1至图4所示，本实施例的飞刀切削组件，包括飞刀盘1、设置在飞刀盘1上的旋转驱动装置2、设置在旋转驱动装置2的驱动轴上的切削刀片3，飞刀盘1转动时，旋转驱动装置2驱动切削刀片3的前刀面始终保持在同一方向上，所以切削刀片3的前刀面在飞刀盘1的投影始终沿同一方向布置，具体请参照图12，切削刀片3的前刀面在飞刀盘1的投影始终沿同一方向布置指的是：例如飞刀盘1转动时，旋转驱动装置2驱动切削刀片3始终X方向布置，即飞刀盘1旋转至任意角度，切削刀片3旋转到不同位置时对应的前刀面c1d1、c2d2、c3d3均沿同一方向(X方向)布置，从而有区别于图10中传统飞刀切削加工切削刀具中的切削刀片3旋转到不同位置时对应的前刀面a1b1、a2b2、a3b3彼此沿不同的方向布置。其他实施例中，旋转驱动装置2也可驱动切削刀片3始终朝任一方向，Y方向只用于示意，并不做为限定。
请参照图5所示，飞刀切削组件安装在三轴超精密机床上工作时，由机床主轴带动飞刀盘1做回转切削运动。工件固定在工作台上，并由工作台带动工件沿X轴方向做平移运动。在加工直槽结构时，由工作台带动工件做平移补偿运动，以补偿飞刀盘1回转运动产生的圆弧，以此加工出直槽结构。飞刀切削组件加工其他微型阵列结构的工作过程亦同上所述。请参照图13所示，由于旋转驱动装置2驱动切削刀片3始终保持在同一方向上，切削刀片3沿直线切削时，飞刀盘1旋转到任意位置时切削刀片3的前刀面沿同一方向布置，不会出现前刀面的偏转角度变化，因此不会造成传统飞刀切削加工时的纺锤形加工形貌误差。相比于传统的飞刀切削组件安装在三轴超精密机床上，本申请的飞刀切削组件可消除加工直槽及其复合类的微结构形貌误差，使加工精度更高。其中，旋转驱动装置2为伺服电机或步进电机，以便精确控制切削刀片3的旋转驱动角度，保证切削刀片3在飞刀盘1不同位置时的平行度。
请参照图14所示，每次补偿运动过程中，X和Y方向的位移与角度θ的关系如下公式所示：
Figure BDA0003190373990000051
可以通过迭代计算每次补偿过程中的横向位移、纵向位移以及旋转驱动装置2驱动切削刀片3的补偿转角。
如图3所示，本实施例中，旋转驱动装置2的驱动轴与飞刀盘1的旋转轴线重合或平行。旋转驱动装置2的驱动轴通过旋转，补偿切削刀片3在飞刀盘1不同的旋转角度时需要的补偿角度。因此，驱动轴与飞刀盘1的旋转轴线重合或平行能减少驱动轴在其他方向的角度产生分量，提高旋转驱动装置2的角度补偿精度。
如图1至图4所示，根据本申请的第一个实施例，飞刀盘1上设有一个安装结构5，安装结构5为安装槽，旋转驱动装置2安装于安装槽内。其他实施例中，飞刀盘1上可设有多个用于安装旋转驱动装置2的安装结构5，旋转驱动装置2可选择地安装于安装结构5上。安装结构5为设置于飞刀盘1上的安装槽、安装孔或安装连接装置。可根据需要的切削半径，选择对应的安装结构5安装旋转驱动装置2。
如图6和图7所示，根据本申请的第二个实施例，飞刀切削组件还包括设置在飞刀盘1上的位移驱动装置4，旋转驱动装置2设置在位移驱动装置4上。通过位移驱动装置4带动旋转驱动装置2，在飞刀盘1上沿预定方向改变位置，以此改变飞刀切削组件的切削半径。可以理解的，预定方向是指从飞刀盘1几何中心到飞刀盘1外缘的直线方向，或者飞刀盘1上曲线(螺旋线、摆线、正弦/余弦曲线)方向。
如图6所示，本实施例中，位移驱动装置4为直线位移驱动装置，直线位移驱动装置驱动旋转驱动装置2在飞刀盘1上沿直线运动。直线位移驱动装置可为直线电机、丝杆螺母装置、曲柄滑块装置或齿轮齿条装置等。
如图6所示，本实施例中，飞刀盘1盘面为圆形，位移驱动装置4沿飞刀盘1的径向方向安装于飞刀盘1盘面上，便于旋转驱动装置2和切削刀片3沿飞刀盘1的径向方向改变位置，即改变飞刀切削组件的切削半径。位移驱动装置4沿飞刀盘1的径向方向安装于飞刀盘1盘面上应该理解为：位移驱动装置4安装于飞刀盘1的直径方向上，或者，位移驱动装置4安装在平行于飞刀盘1的直径方向的飞刀盘1盘面的割线上。其他实施例中，飞刀盘1盘面还可为多边形、椭圆形等其他几何形状，圆形盘面仅为飞刀盘1盘面形状的一种实施例，对此并不做限定。
如图7所示，本实施例中，位移驱动装置4包括贴靠于飞刀盘1盘面的滑轨41、滑动连接于滑轨41上的滑块42，旋转驱动装置2安装于滑块42上。通过滑块42的移动，改变旋转驱动装置2的位置，以此改变飞刀切削组件的切削半径。
如图8和图9所示，根据本申请的第三个实施例，位移驱动装置4包括沿飞刀盘1径向并垂直于飞刀盘1盘面的滑轨41、滑动连接于滑轨41上的滑块42，旋转驱动装置2安装于滑块42上。飞刀盘1上设有垂直于飞刀盘1盘面的凸台，位移驱动装置4的滑轨41安装于凸台上，以垂直于飞刀盘1盘面安装。旋转驱动装置2安装在滑块42上，并通过滑块42的滑移，改变旋转驱动装置2的位置，以此改变飞刀切削组件的切削半径。相比于滑轨41贴靠于飞刀盘1盘面，滑轨41垂直于飞刀盘1盘面时，切削刀片3受到的切削阻力(切削阻力的方向为切点位置的切向方向)通过旋转驱动装置2传递到滑块42，此时滑块42对滑轨41为压力，且随切削阻力的增大而压力增大，使滑块42与滑轨41的连接更加紧密，防止滑块42在切削时产生滑移。而滑轨41贴靠于飞刀盘1盘面时，切削阻力传递到滑块42上，滑块42与滑轨41形成互剪的剪力，易使滑块42或滑轨41受剪切变形。其他实施例中，滑轨41还可安装于飞刀盘1上设置的安装凹槽的侧壁上，其作用与本实施例的凸台等同。
如图2和图3所示，本实施例中，还包括设置在旋转驱动装置2的驱动轴上的刀架6，切削刀片3安装在刀架6上。避免切削刀片3直接连接在旋转驱动装置2的驱动轴上而破坏驱动轴的结构强度。刀架6上还设有切削刀片3的安装定位槽，便于将切削刀片3固定在刀架6上。
如图2和图3所示，本实施例中，刀架6具有容纳孔7，刀架6通过容纳孔7套装在旋转驱动装置2的驱动轴上。通过容纳孔7使刀架6套装在驱动轴的外侧，有利于增大刀架6和驱动轴的接触面积，从而减小驱动轴上的压强，避免驱动轴破损。容纳孔7内还装有蝶形垫片和螺栓，通过螺栓将刀架6连接在旋转驱动装置2的驱动轴上。蝶形垫片用于防止螺栓松动。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞刀切削组件，其特征在于，包括飞刀盘(1)、设置在所述飞刀盘(1)上的旋转驱动装置(2)、设置在所述旋转驱动装置(2)的驱动轴上的切削刀片(3)，所述飞刀盘(1)转动时，所述旋转驱动装置(2)驱动所述切削刀片(3)的前刀面始终保持在同一方向上，以使切削刀片(3)的前刀面在飞刀盘(1)的投影始终沿同一方向布置。
2.如权利要求1所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述旋转驱动装置(2)的驱动轴与所述飞刀盘(1)的旋转轴线重合或平行。
3.如权利要求1所述的飞刀切削组件，其特征在于，还包括设置在所述飞刀盘(1)上的位移驱动装置(4)，所述旋转驱动装置(2)设置在所述位移驱动装置(4)上。
4.如权利要求3所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述位移驱动装置(4)为直线位移驱动装置。
5.如权利要求4所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述飞刀盘(1)盘面为圆形，所述位移驱动装置(4)沿飞刀盘(1)的径向方向安装于所述飞刀盘(1)盘面上。
6.如权利要求5所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述位移驱动装置(4)包括贴靠于所述飞刀盘(1)盘面的滑轨(41)、滑动连接于所述滑轨(41)上的滑块(42)，所述旋转驱动装置(2)安装于所述滑块(42)上。
7.如权利要求5所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述位移驱动装置(4)包括沿飞刀盘(1)径向并垂直于所述飞刀盘(1)盘面的滑轨(41)、滑动连接于所述滑轨(41)上的滑块(42)，所述旋转驱动装置(2)安装于所述滑块(42)上。
8.如权利要求1所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述飞刀盘(1)上设有多个用于安装所述旋转驱动装置(2)的安装结构(5)，所述旋转驱动装置(2)可选择地安装于所述安装结构(5)上。
9.如权利要求1至8中任一项所述的飞刀切削组件，其特征在于，还包括设置在所述旋转驱动装置(2)的驱动轴上的刀架(6)，所述切削刀片(3)安装在所述刀架(6)上。
10.如权利要求9所述的飞刀切削组件，其特征在于，所述刀架(6)具有容纳孔(7)，所述刀架(6)通过所述容纳孔(7)套装在所述旋转驱动装置(2)的驱动轴上。
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