一种用于活塞销孔加工的压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置的制作方法

本发明涉及一种压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置，具体涉及一种用于活塞销孔加工的压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置。

背景技术：

活塞在高温、高压和周期性冲击的恶劣环境下工作，发动机燃烧气体的压力会导致活塞不均匀的变形。为了使工作状态下活塞外部形状和圆柱形缸体相适应，活塞销孔与活塞销相适应，提高发动机活塞连杆部件的承载能力，活塞外部形面设计为中凸变椭圆，销孔侧母线设计为双曲线或多段微变量折线。其中销孔侧母线轮廓度误差不大于3μm，线段升程锥度不大于1:1000，即镗削刀具轴向进给1mm，径向进给1μm，因此需要研制高精度、高分辨率的微量进给装置才能保证活塞销孔的形状精度。

经查，现有专利公开号为cn103481106b的中国专利《一种超精密飞切加工机床的压电陶瓷式微进给装置》，进给轴加工有薄壁空腔，在其底部形成弹性薄膜，压电陶瓷致动器通过两个半圆体钢球安装在预紧螺钉与弹性膜之间，并通过滑环与驱动电源连接；粗调螺母安装在螺母安装孔内，进给轴依次穿过轴孔和粗调螺母，预紧螺钉插入进给轴的盲孔内与内螺纹螺纹连接，进给轴的位于薄壁空腔的一端外壁上安装有刀具基座。该微进给装置也是采用压电陶瓷驱动，但该装置仅能实现轴向上微量进给，不能满足销孔加工的径向进给要求。另外，国防科学技术大学的王宏亮也设计了一种基于压电陶瓷驱动的活塞异形销孔镗削径向微进给机构，该机构由于采用柔性铰链作为压电陶瓷驱动器的支撑和导向元件实现位移转变，刚度较低，不能保证加工精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单合理、易加工的用于活塞销孔加工的压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置，具有高精度、高分辨率和快速响应的特点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于活塞销孔加工的压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置，其特征在于：包括基座、刀柄、镗刀以及进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器，刀柄的一端插置在基座内，另一端伸出基座外与镗刀固定连接，一杠杆轴前后穿过基座、刀柄将刀柄与基座连接在一起、并使刀柄可沿杠杆轴旋转，进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器分别通过预紧螺钉可调节地穿置在基座的上下两侧，进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器与杠杆轴垂直设置且进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器的里端分别与刀柄靠近尾部的上下两侧相抵，进刀或退倒时，进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器的变形位移通过杠杆轴转变为刀具的径向位移。

作为改进，所述基座的外端凹设有供刀柄插置的u型槽，u型槽的宽度大于刀柄的直径，基座的中部靠近外端的一侧前后方向开设有供杠杆轴穿置的贯穿孔，杠杆轴的前端设有与贯穿孔相抵的端面，后端设有外螺纹段，刀柄的中部开设有供杠杆轴穿置的轴孔，杠杆轴穿过基座的前端面、刀柄的轴孔、基座的后端面，通过一配套的螺母拧紧固定。

再改进，所述刀柄的轴孔的前后两端凹设有扩径的台阶孔，杠杆轴的前段成型有与刀柄的轴孔前端的扩径的台阶孔相抵定位的扩径段，在刀柄的轴孔后端的扩径的台阶孔内设有一弹簧，弹簧套设在杠杆轴外，支撑在该台阶孔与基座内壁之间以实现对刀柄的夹紧。

进一步，所述基座上位于刀柄里端的上下两侧分别开设有供进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器安装的定位孔，刀柄的里端上下两侧分别成型有供进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器的端部插置的定位凹部，进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器分别通过预紧螺钉可调节地穿置在基座的定位孔内，进刀或退刀时，通过进刀压电陶瓷驱动器伸长、退刀压电陶瓷驱动器缩短，或者压电陶瓷驱动器缩短、退刀压电陶瓷驱动器伸长，使得刀柄尾端产生向下或向上位移，通过杠杆轴的转动，实现镗刀的径向进刀或退刀。

再进一步，所述预紧螺钉采用平端紧定螺钉。

进一步，所述基座上位于刀柄的尾部上下两侧分别设有位移传感器，基座的上下两侧、位于定位孔的里端分别开设有供位移传感器安装的安装孔，位移传感器分别设置在安装孔内位于刀柄的尾端上下两侧。

最后，所述基座的尾端采用锥柄与机床主轴快速连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用两个压电陶瓷作为驱动器，提高进给分辨率和精度；设置杠杆轴，通过杠杆机构实现位移转变，消除柔性铰链产生的误差；在杠杆轴上设置弹簧对刀柄夹紧，采用弹簧压力消除回转间隙，提高精度。本发明结构简单、易于加工制造，具有高精度、高分辨率和快速响应的特点。

附图说明

图1是本发明提供的微进给装置的主视图；

图2是本发明的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、2所示，一种用于活塞销孔加工的压电陶瓷配合杠杆机构的微进给装置，包括基座1、刀柄2、镗刀3、杠杆轴4以及进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6，基座1的尾端采用锥柄11与机床主轴快速连接，基座1的外端凹设有供刀柄2插置的u型槽12，u型槽12的宽度大于刀柄2的直径，刀柄2的一端插置在基座1内，另一端伸出基座1外与镗刀3通过螺丝固定连接，基座1的中部靠近外端的一侧前后方向开设有供杠杆轴4穿置的贯穿孔，杠杆轴4的前端设有与贯穿孔相抵的端面41，后端设有外螺纹段42，刀柄2的中部开设有供杠杆轴4穿置的轴孔，杠杆轴4穿过基座1的前端面、刀柄2的轴孔、基座1的后端面，通过一配套的螺母9拧紧固定，将刀柄2与基座1连接在一起、并使刀柄2可沿杠杆轴44旋转；刀柄2的轴孔的前后两端凹设有扩径的台阶孔，杠杆轴4的前段成型有与刀柄的轴孔前端的扩径的台阶孔相抵定位的扩径段，在刀柄2的轴孔后端的扩径的台阶孔内设有一弹簧10，弹簧10采用圆柱螺旋压缩弹簧，弹簧10套设在杠杆轴4外，支撑在该台阶孔与基座1内壁之间以实现对刀柄2的夹紧，同时消除刀柄4的回转间隙；进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6分别通过预紧螺钉8可调节地穿置在基座1的上下两侧，进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6与杠杆轴4垂直设置，基座1上位于刀柄2里端的上下两侧分别开设有供进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6安装的定位孔，刀柄2的里端上下两侧分别成型有供进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6的端部插置的定位凹部，进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6分别通过预紧螺钉8可调节地穿置在基座的定位孔内，预紧螺钉8采用平端紧定螺钉，进刀或退刀时，进刀压电陶瓷驱动器和退刀压电陶瓷驱动器的变形位移，使得刀柄尾端产生向下或向上位移，通过杠杆轴4的转动，实现镗刀3的径向进刀或退刀，克服柔性铰链刚度低的问题；在基座1上位于刀柄2的尾部上下两侧分别设有位移传感器7，基座1的上下两侧、位于定位孔的里侧分别开设有供位移传感器7安装的安装孔，位移传感器7分别设置在安装孔内位于刀柄2的尾端上下两侧，用于检测实际位移，控制系统通过计算实际位移与理想位移的差值，对实际位移进行补偿。

具体操作时，进刀压电陶瓷驱动器5和退刀压电陶瓷驱动器6通过预紧螺钉8调整初始位置，刀柄2通过杠杆轴4的端面和轴定位，并通过弹簧10实现夹紧，刀柄2能够围绕杠杆轴4旋转，并通过弹簧10的压力消除回转间隙，杠杆轴4通过基座1上的端面和孔定位并通过螺母9实现与基座1的固定。镗刀3通过螺钉与刀柄2固定，刀柄2尾部设有位移传感器7，基座1通过尾部7：24的锥柄11与机床主轴实现快速连接。

进刀时，进刀压电陶瓷驱动器5作为动力源施加电压，退刀压电陶瓷驱动器6减小电压，进刀压电陶瓷驱动器5伸长，退刀压电陶瓷驱动器6缩短，刀柄2尾端产生向下位移，通过杠杆轴4的转动，镗刀3实现径向进刀。退刀时，进刀压电陶瓷驱动器5减小电压，退刀压电陶瓷驱动器6作为动力源施加电压，进刀压电陶瓷驱动器5缩短，退刀压电陶瓷驱动器6伸长，刀柄2尾端产生向上位移，通过杠杆轴4的转动，镗刀3实现径向退刀；弹簧10用于消除杠杆机构的回转间隙；刀柄2尾端设有位移传感器7，用于检测实际位移，控制系统通过计算实际位移与理想位移的差值，对实际位移进行补偿。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。