体的结构示意图；
[0016] 图3是本发明运动轨迹生成图；
[0017] 图4是本发明控制原理框图。
【具体实施方式】
[0018] 压电叠堆预紧螺钉二9穿过串联一体式柔性铰链基体1上的孔三103对压电叠堆 二13进行预紧，压电叠堆预紧螺钉一 7穿过串联一体式柔性铰链基体1上的孔五105对压 电叠堆一 4进行预紧，位移测量挡板一 3和位移测量挡板二14分别通过紧固螺钉安装在串 联一体式柔性铰链基体的孔六106和孔八108上，电容式位移传感器一 5和电容式位移传 感器二11分别对应安装在位移传感器夹座一 6和位移传感器夹座二8上，位移传感器夹座 一 6和位移传感器夹座二8分别通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性铰链基体的孔四104 和孔二102上，金刚石刀具2通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性铰链基体1前端的孔七 107 上。
[0019] 本发明的串联一体式柔性铰链基体1上两个相互垂直的柔性铰链均采用矩形铰 链，且单个铰链中包含的四个小分支间成平行四边形排列，形成单自由度封闭系统，电容式 位移传感器5, 11通过检测位移测量挡板3和位移测量挡板14的位移来闭环控制压电叠堆 驱动。
[0020] 本发明的串联一体式柔性铰链基体1采用线切割一体式加工成型。
[0021] 本发明的串联一体式柔性铰链基体1通过孔一 101、用螺钉10与力传感器12连 接，力传感器12通过紧固螺钉固定在立式机床导轨上。
[0022] 本发明的力传感器12主要用于采集切削过程中主切削力的各个分量，然后反馈 控制来调整各个切削参数，实现切削力的进一步优化。
[0023] 下边结合附图对本发明做进一步说明。
[0024] 如图1所示，将压电叠堆4,压电叠堆13,金刚石刀具2,电容式位移传感器5,电容 式位移传感器11，位移传感器夹座6,位移传感器夹座8,位移测量挡板3,位移测量挡板14 安装在串联一体式铰链基体1上，然后将串联一体式铰链基体1通过紧固螺钉联接在力传 感器12上，完成装置的整体装配，通过高性能控制器给压电叠堆施加控制信号如下：
[0026] 其中A1, ^为压电叠堆驱动信号的幅值，w为压电叠堆驱动信号的频率，賢，识2为 压电叠堆驱动信号的相位角。
[0027] 如图3所示，两个压电叠堆驱动信号之间存在一定的相位差，在驱动的过程中，压 电叠堆伸缩的长度存在差异，图3(a)是两个压电叠堆的初始状态，此时金刚石刀具13的刀 尖处于椭圆运动轨迹的最低点，经过图3 (b)，图3 (c)，图3 (d)的位置变化，金刚石刀具13 的刀尖完成一个完整的椭圆轨迹，然后根据两个压电叠堆驱动信号的频率来实现理想的金 刚石刀具振动频率。
[0028] 图4给出了本发明采用的控制系统框图，其中主要包括有：机床，工件，回转光栅， 接口板，金刚石刀具，压电叠堆，力传感器，功率放大器，高性能控制器以及电容式位移传感 器。
[0029] 根据图1-图4,本发明的工作方式如下：
[0030] 1.将本发明涉及的适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动车削装置用紧固螺 钉安装在数控车床的导轨上，给压电叠堆驱动分别施加驱动控制信号，通过调整压电叠堆 驱动信号的参数（幅值，频率和相位角），来得到金刚石刀尖理想椭圆轨迹，从而生成椭圆 振动切削的主切削运动。
[0031] 2,将需要加工的工件装夹在机床的主轴上，通过主轴的回转和导轨的运动来实现 工件圆周进给运动，通过回转光栅采集主轴的瞬态转角。
[0032] 3.通过一个超精密的电容式位移传感器，检测两压电垂直椭圆振动车削装置上位 移测量挡板的位移，即得到压电叠堆的实际位移，将采集到的数据反馈到高性能控制器中， 通过补偿来修正实际输出位移。
[0033] 4.通过一个三向力传感器，对两压电垂直椭圆振动车削装置各个分量的力进行实 时采集，将采集到的数据反馈到高性能控制器中，通过调整切削参数进一步优化切削力。
[0034] 5.通过一个高性能控制器，以实现对主轴转角检测、2个压电叠堆的瞬态位移检 测，切削力各个分量数值检测以及椭圆运动轨迹的跟踪控制。
【主权项】
1. 一种适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，其特征在于：压电叠堆预 紧螺钉二穿过串联一体式柔性铰链基体上的孔三对压电叠堆二进行预紧，压电叠堆预紧螺 钉一穿过串联一体式柔性铰链基体上的孔五对压电叠堆一进行预紧，位移测量挡板一和位 移测量挡板二分别通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性铰链基体的孔六和孔八上，电容式 位移传感器一和电容式位移传感器二分别对应安装在位移传感器夹座一和位移传感器夹 座二上，位移传感器夹座一和位移传感器夹座二分别通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性 铰链基体的孔四和孔二上，金刚石刀具通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性铰链基体前端 的孔七上。2. 根据权利要求1所述的一种适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，其 特征在于：所述串联一体式柔性铰链基体上两个相互垂直的柔性铰链均采用矩形铰链，且 单个铰链中包含的四个小分支间成平行四边形排列，形成单自由度封闭系统。3. 根据权利要求1所述的一种适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，其 特征在于：所述的串联一体式柔性铰链基体采用线切割一体式加工成型。4. 根据权利要求1所述的一种适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，其 特征在于：所述的串联一体式柔性铰链基体通过孔一、用螺钉与力传感器连接。
【专利摘要】本发明涉及一种适于立式外圆加工的两压电垂直椭圆振动切削装置，属于微纳与超精密制造以及难加工材料复杂光学零件加工技术领域。串联一体式柔性铰链基体分别与两个压电叠堆连接，位移测量挡板安装在串联一体式柔性铰链基体上，电容式位移传感器安装在位移传感器夹座上，位移传感器夹座安装在串联一体式柔性铰链基体上，金刚石刀具通过紧固螺钉安装在串联一体式柔性铰链基体前端。优点是：结构新颖，串联一体式柔性铰链基体由一次加工而成，整体结构相对简单，易于制造，且很大程度上减小了由于装配造成的误差，该两压电垂直椭圆振动车削装置的体积小，质量小，易于实现椭圆振动的高频切削加工。
【IPC分类】B23B27/00
【公开号】CN105149626
【申请号】CN201510639807
【发明人】林洁琼, 卢明明, 周晓勤, 谷岩, 李迎春, 任万飞
【申请人】长春工业大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月3日