本文關(guān)鍵詞：一種三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2012年

一種三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置的研制

王剛  

【摘要】：金剛石切削是創(chuàng)成精密和超精密零件的一種重要的加工方法，目前的主要困難之一在于：金剛石可切削的材料范圍還十分受限制。對于硬化鋼等黑色金屬材料和碳化硅等硬脆材料，金剛石刀具的切削加工性能較差，切削過程中往往導(dǎo)致嚴(yán)重的刀具磨損和加工表面質(zhì)量惡化。振動(dòng)切削尤其是三維橢圓振動(dòng)金剛石切削被認(rèn)為是解決上述問題最有前途的一種切削方法，它具有減小切削力、減少切削熱、抑制刀具磨損、改善加工表面質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而目前學(xué)術(shù)界對三維橢圓振動(dòng)金剛石切削的研究還不深入，現(xiàn)有的三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置還比較單一。因此，研制一種高性能的三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置并對三維橢圓振動(dòng)金剛石切削過程進(jìn)行研究，對于完善三維橢圓振動(dòng)金剛石切削理論和實(shí)現(xiàn)三維橢圓振動(dòng)金剛石切削的實(shí)際應(yīng)用有重要的意義。 本文首先利用柔性鉸鏈設(shè)計(jì)了一種非共振型三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置。柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)采用三個(gè)相互垂直分布的PICMA型壓電疊堆驅(qū)動(dòng)，金剛石刀具安裝在刀座上，刀座由柔性鉸鏈導(dǎo)向，在壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)下做三維橢圓振動(dòng)。各運(yùn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)位移均為10μm，設(shè)計(jì)剛度均為50N/μm。采用Microsense公司的MicrosenseTMII5300型電容式微位移傳感器作為三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位移檢測單元。 對于所設(shè)計(jì)的三維橢圓振動(dòng)裝置，其核心部分是一個(gè)三自由度柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸（X軸、Y軸、Z軸）正交分布，其中X軸由兩組單軸柔性鉸鏈導(dǎo)向，Y軸和Z軸在X軸運(yùn)動(dòng)平臺上加工而成并由四組雙軸柔性鉸鏈導(dǎo)向。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)在于：（1）運(yùn)動(dòng)部分和固定部分是一個(gè)整體的H型結(jié)構(gòu)，柔性鉸鏈由電火花線切割一體化加工得到，結(jié)構(gòu)緊湊，無裝配誤差，運(yùn)動(dòng)時(shí)無反向間隙；（2）三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸均由幾組雙穩(wěn)態(tài)柔性鉸鏈導(dǎo)向，無側(cè)向運(yùn)動(dòng)；（3）三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的運(yùn)動(dòng)耦合和力耦合較小，無需設(shè)計(jì)專門的控制器來消除耦合。（4）三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸（X軸、Y軸、Z軸）分別沿切削加工時(shí)的進(jìn)給方向、切削方向和切深方向，有利于分析切削加工時(shí)不同橢圓振動(dòng)條件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。 為獲得三維橢圓振動(dòng)切削裝置的真實(shí)性能參數(shù)，在裝置加工裝配完成之后，利用由Newport RS4000氣浮隔振臺、Power PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡、西門子工控機(jī)、信號發(fā)生器等組建的測試系統(tǒng)對裝置進(jìn)行離線性能測試。通過離線測試，得到三維橢圓振動(dòng)裝置X軸、Y軸、Z軸的靜態(tài)剛度分別為50.93N/μm、39.42N/μm、40.36N/μm，最大行程分別為8.63μ m、10.37μm、10.21μm，共振頻率分別為2879Hz、1717Hz、1748Hz。開環(huán)狀態(tài)下，利用Power PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡對三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸同時(shí)通入具有一定相位差的正弦驅(qū)動(dòng)信號，通過電容位移傳感器測量每個(gè)軸的輸出位移并對其進(jìn)行兩兩軸合成運(yùn)動(dòng)，得到的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡滿足三維橢圓振動(dòng)切削的實(shí)驗(yàn)要求。 將三維橢圓振動(dòng)切削裝置安裝在SPINNER SB/C-TMC精密數(shù)控車床溜板之上，工件裝夾在主軸卡盤之上，在相同的工件材料（6061鋁合金）、切削刀具（PCD刀具）和切削用量條件下，，分別改變?nèi)S橢圓振動(dòng)的擺角進(jìn)行對比切削實(shí)驗(yàn)。分析加工得到的表面和切屑，發(fā)現(xiàn)隨著橢圓擺角的增大，得到的表面越來越光整，表面粗糙度Ra值越來越小，切削時(shí)切屑向一側(cè)的卷曲越來越明顯，形成的切屑越來越長。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TG506.5
【目錄】：

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【引證文獻(xiàn)】

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