一种三维椭圆振动金刚石切削装置的研制

发布时间：2016-11-23 08:00

本文关键词：一种三维椭圆振动金刚石切削装置的研制，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2012年

一种三维椭圆振动金刚石切削装置的研制

王刚

【摘要】：金刚石切削是创成精密和超精密零件的一种重要的加工方法，目前的主要困难之一在于：金刚石可切削的材料范围还十分受限制。对于硬化钢等黑色金属材料和碳化硅等硬脆材料，金刚石刀具的切削加工性能较差，切削过程中往往导致严重的刀具磨损和加工表面质量恶化。振动切削尤其是三维椭圆振动金刚石切削被认为是解决上述问题最有前途的一种切削方法，它具有减小切削力、减少切削热、抑制刀具磨损、改善加工表面质量等诸多优点。然而目前学术界对三维椭圆振动金刚石切削的研究还不深入，现有的三维椭圆振动金刚石切削装置还比较单一。因此，研制一种高性能的三维椭圆振动金刚石切削装置并对三维椭圆振动金刚石切削过程进行研究，对于完善三维椭圆振动金刚石切削理论和实现三维椭圆振动金刚石切削的实际应用有重要的意义。本文首先利用柔性铰链设计了一种非共振型三维椭圆振动金刚石切削装置。柔性铰链机构采用三个相互垂直分布的PICMA型压电叠堆驱动，金刚石刀具安装在刀座上，刀座由柔性铰链导向，在压电叠堆的驱动下做三维椭圆振动。各运动轴的设计位移均为10μm，设计刚度均为50N/μm。采用Microsense公司的MicrosenseTMII5300型电容式微位移传感器作为三个运动轴的位移检测单元。对于所设计的三维椭圆振动装置，其核心部分是一个三自由度柔性铰链运动机构。三个运动轴（X轴、Y轴、Z轴）正交分布，其中X轴由两组单轴柔性铰链导向，Y轴和Z轴在X轴运动平台上加工而成并由四组双轴柔性铰链导向。该机构的主要特点在于：（1）运动部分和固定部分是一个整体的H型结构，柔性铰链由电火花线切割一体化加工得到，结构紧凑，无装配误差，运动时无反向间隙；（2）三个运动轴均由几组双稳态柔性铰链导向，无侧向运动；（3）三个运动轴之间的运动耦合和力耦合较小，无需设计专门的控制器来消除耦合。（4）三个运动轴（X轴、Y轴、Z轴）分别沿切削加工时的进给方向、切削方向和切深方向，有利于分析切削加工时不同椭圆振动条件对实验结果的影响。为获得三维椭圆振动切削装置的真实性能参数，在装置加工装配完成之后，利用由Newport RS4000气浮隔振台、Power PMAC多轴运动控制卡、西门子工控机、信号发生器等组建的测试系统对装置进行离线性能测试。通过离线测试，得到三维椭圆振动装置X轴、Y轴、Z轴的静态刚度分别为50.93N/μm、39.42N/μm、40.36N/μm，最大行程分别为8.63μ m、10.37μm、10.21μm，共振频率分别为2879Hz、1717Hz、1748Hz。开环状态下，利用Power PMAC多轴运动控制卡对三个运动轴同时通入具有一定相位差的正弦驱动信号，通过电容位移传感器测量每个轴的输出位移并对其进行两两轴合成运动，得到的椭圆运动轨迹或直线往复运动轨迹满足三维椭圆振动切削的实验要求。将三维椭圆振动切削装置安装在SPINNER SB/C-TMC精密数控车床溜板之上，工件装夹在主轴卡盘之上，在相同的工件材料（6061铝合金）、切削刀具（PCD刀具）和切削用量条件下，，分别改变三维椭圆振动的摆角进行对比切削实验。分析加工得到的表面和切屑，发现随着椭圆摆角的增大，得到的表面越来越光整，表面粗糙度Ra值越来越小，切削时切屑向一侧的卷曲越来越明显，形成的切屑越来越长。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG506.5
【目录】：

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