一种单点金刚石切削刀具的振动辅助装置的制作方法

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。

技术实现要素：
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。