[发明专利]磨具及采用弹性行波驱动磨具的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨具及其控制方法，该磨具可以采用弹性行波进行控制，属于超精密加工领域。

背景技术

传统加工方法的加工精度止步于微米级，进一步提高精度主要采用增设各种附加设施以及与之匹配的控制策略和控制方法，这使得系统过于复杂，带来可靠性的降低以及加工和维护成本的大幅上升。其主要原因之一来源于系统中的运动副的固液（气）耦合以及由此带来的间隙和接触状态的不确定性。刀具或工件运动时，由于运动副的间隙导致运动轨迹偏离理想曲线，使设计指标难以达到。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种磨具，其利用压电陶瓷的逆压电效应，在磨具表面产生沿圆周方向行进的弹性行波，依靠表面质点的椭圆运动，实现与加工表面的接触、分离，依靠切向摩擦对加工表面进行多余材料的剥离。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种磨具，包括基座以及置于基座上的磨头，所述磨头的上表面覆盖磨粒层，而磨头的下表面则附着压电陶瓷阵列；所述压电陶瓷阵列设置压电陶瓷驱动输入端口。

进一步地：本发明所述磨头通过压电叠堆支撑在基座上，且压电叠堆设置电压信号输入端口。

本发明的另一个技术目的是采用弹性行波驱动上述磨具的控制方法，其利用压电陶瓷阵列的逆压电效应，通过压电陶瓷驱动输入端口对压电陶瓷阵列施加电压驱动信号U₁，以使磨头表面的磨粒层激发出沿圆周方向行进的弹性行波，从而使磨粒层的表面质点产生微幅椭圆运动，以对被加工件进行精密加工；该电压驱动信号U₁由两个在空间上具有                                                相位差的同形振动模态、以时间上具有一定相位差的振动相叠加而成，其中，相位差的取值介于。

进一步地：本发明通过电压信号输入端口对压电叠堆施加特定的电压信号U₂，使压电叠堆产生纵向伸缩变形，进而带动磨头完成纵向伸缩，实现磨头的进给以及对磨头姿态的调整。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、本发明通过在磨头的上表面覆盖磨粒层，磨头的下表面附着压电陶瓷阵列，并对该压电陶瓷阵列施加电压驱动信号U₁，导致磨粒层的表面质点产生微幅椭圆运动；依靠该磨粒层表面质点微幅椭圆运动以及磨粒层与被加工件之间的摩擦作用来使被加工件材料剥离，达到对被加工件进行精密加工的目的。与传统方法比较：此方法没有运动副，避免了由于间隙带来的误差，能够以简单紧凑的结构实现高精度的加工。

2、本发明将磨头通过压电叠堆支撑在基座上，并对压电叠堆施加电压信号U₂，使压电叠堆产生纵向伸缩变形，进而带动磨头完成纵向伸缩，实现磨头的进给以及对磨头姿态的调整；压电叠堆的纵向伸缩控制可以实现纳米级微位移，作为刀具的支撑可实现刀具的微位移进给运动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明沿轴向展开的剖视结构简图（未对压电陶瓷阵列施加电压驱动信号）；

图3是本发明另一个沿轴向展开的剖视结构简图（对压电陶瓷阵列施加电压驱动信号）；

其中：被加工件1  磨具2  磨粒层21  压电陶瓷阵列3  压电陶瓷驱动输入端4  行波行进方向5  表面质点椭圆运动轨迹6  压电叠堆7  基座8。

具体实施方式

        附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明所述的磨具2，包括基座8以及置于基座8上的磨头，所述磨头的上表面覆盖磨粒层21，而磨头的下表面则附着压电陶瓷阵列3；所述压电陶瓷阵列3设置压电陶瓷驱动输入端4口。本发明利用压电陶瓷阵列3的逆压电效应，通过压电陶瓷驱动输入端4口对压电陶瓷阵列3施加电压驱动信号U₁，以使磨头表面的磨粒层21激发出沿圆周方向行进的弹性行波，从而使磨粒层21的表面质点产生微幅椭圆运动，以对被加工件1进行精密加工；该电压驱动信号U₁由两个在空间上具有相位差的同形振动模态、以时间上具有一定相位差的振动相叠加而成，其中，相位差的取值介于。施加电压驱动信号U₁，就是根据所选模态以及所需要加工的表面，人为地控制驱动信号的大小和周期，以选择通过哪个电压输入端口输入。