专利名称：亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，更详细地说涉及一种定位精度可达亚微米级，即μm级的定心夹头，它是通过电致伸缩陶瓷微位移器来实施的。属于精密机械领域。
例如，汽车发动机中油针(针阀)加工的同心精度就是人们迫切需要提高的一个现实问题，汽车发动机每只气缸有一支油针，油针锥面圆度决定着每次进油量的误差，它是影响汽车排放，即影响汽车环保性能的关键零件。为保证汽车环保标准，油针要求封油面——锥面圆度误差小于0.5μm，外圆同轴度在1μm以内。现在加工油针的方法是利用已经外圆加工的工件在V型夹具上转动来加工锥面，由于外圆加工精度的限制，加上油针轴向窜动、径向跳动，油针锥面加工合格率低。我们考虑采用另一种方法进行加工将同轴度与圆度分开处理则可方便地提高油针锥面加工的精度。目前，高精度头架的回转精度可达0.1μm，只要有一种高精度定心夹头将油针夹在其中保证同轴度＜1μm，便可采用同轴度与圆度分开处理的技术方案，可方便地使油针锥面加工圆度＜0.5μm。如上所述目前市场上的种种定心夹头的定位精度均无法达到此项要求。显然，提高油针加工装夹同轴度便是提高汽车发动机油针加工精度的关键。
电致伸缩陶瓷是一种具有显著电致应变特性的新型功能材料，这种材料在电场作用下表现出强烈的电致伸缩效应，而且其伸缩位移精度高、推力大。如能采用以这种陶瓷制成的电控微位移器件设计制作定心夹头，则可获得很高的定位精度，因其定位可由电压直接控制，因此操作简单方便。从而引出本发明的目的。
所述的微位移器是由掺镧铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷制成的。具体制备方法是将掺镧铌镁酸铅陶瓷(ZL95111717.3)粉料，以聚乙烯醇(PVA)为粘结剂，将陶瓷粉料制成厚度为0.3～0.7mm的生坯膜带，并将其冲制成17×20mm的生坯件，用常规方法在生坯件上采用丝网印刷技术印制Ag-Pd电板，将印有Ag-Pd电板的生坯件层层逐一装叠并加压烘干制成生坯堆件，将生坯堆件置于马福炉中经800℃/60min排除粘结剂后移入高温炉中以1140～1160℃/2～3h进行陶瓷—电极共烧结，最后形成独石型陶瓷器件。经冷磨加工、烧制端电极、焊接端电极引线等工序，最终制备成独石型电致伸缩陶瓷电控微位移器并对其性能进行检测。该微位移器件的结构如
图1所示。它是一种由10-16层电致伸缩陶瓷膜层层堆成的，在电学上并联，位移上串联的结构。
所述的定位头块，是由电致伸缩陶瓷微位移器、定位压头、紧固螺栓、紧固法兰以及硅橡胶和外壳组成。外壳与微位移器之间的间隙用富有弹性的硅橡胶充填。微位移器的固定端与紧固法兰粘结在一起，并通过紧固螺栓紧固定在外壳上，微位移器的另一头端与定位压头粘结。外电源通过电极引出线将激励电压输入微位移器，微位移器的位移由外接激励电压控制并通过定位压头输出。
所述的定心夹头设计有二种，一是三爪式夹头，由三只电致伸缩陶瓷定位头块组成，定位头块端头形状为平爪或园弧形，另一种是二爪式夹头，定位头块端头的形状可以为V形、方形、平爪形或圆形，将上述三只或二只电致伸缩定位头块安装在一刚性块的同一平面上，通过同时给电致伸缩陶瓷定位头块施加电压使定位头块中的电致伸缩陶瓷微位移器伸长，从而同时将工件夹紧。无论三爪或二爪夹头，其定位头块端头的形状可以是同一种形状或不同形状，如平爪和V形匹配，园形和V型形(详见实施例)。
所述的电致伸缩陶瓷，掺镧的铌镁酸铅电致伸缩陶瓷是应变量较大的一类，其通式写成PbxLa1-x(Mg1/3·Nb2/3)O3。
本实用新型与现有技术相比较的优点1.定位精度高，重复性好目前一般机械加工定心夹头精度在0.01～0.05mm范围内。这是因为弹性变形存在迟滞现象，且接触面不稳定，因而一般定心夹头精度难以提高。采用电致伸缩陶瓷微位移器定心夹头定位精度可提高到1μm以内。本发明的定心夹头在400V电压作用下夹持同轴度在0.5μm以内，与一般夹头相比提高了一个数量级以上。
2.提高工作电压可进一步提高定位精度根据电致伸缩陶瓷的应变特性，对其施加更高的工作电压可使其电致应变趋向极限致使位移蠕变消失。因此提高电致伸缩陶瓷的耐电强度，在使用中实施更高的工作电压就可获得更高定位精度的定心夹头。
3.操作简便，使用范围广泛本发明的电致伸缩陶瓷定心夹头操作非常简便，只要调节到所设定的工作电压就可实现所预定的精密定位。
由于本发明将工件调节尺寸分为二个部分，大行程靠机械传动来调整，小尺寸差靠电致伸缩陶瓷微位移器在电压激励下的伸长来控制，因而大大地扩大了本技术的应用范围。
实施例1请参阅附图3，图示三爪式电致伸缩定心夹头，三个夹头相互间隔120°，三个夹头的定位压头22呈平爪形，每个定位压头上有引线孔21用以电极引出线15的引出，微位移器1的一端与紧固法兰25粘结并通过紧固螺栓23固定在外壳26上，另一端则与定位压块22粘结，外壳26与微位移器间的孔隙用富有弹性的硅橡胶24充填。微位移器是由14层掺镧的铌镁酸铅陶瓷厚膜组成，其每层厚度为0.5mm，每层上下两面通过丝网印刷Ag-Pd电极，然后1150℃2小时使陶瓷—电极共烧形成如
图1所示电学上并联，位移上串联的结构，在400V工作电压作用下，其重复夹持同轴度误差小于0.5μm。
实施例2请参阅图4，图示的是二爪式电致伸缩陶瓷定心夹头结构，定位压头一个呈平爪形(图中工件31上方)，另一个呈V形，(图中工件31下方)两个定心夹头均安放在刚性定块32同一平面上，定位头块的核心部分独石型电致伸缩陶瓷微位移器的结构均同实施例1。唯一差别是电致伸缩陶瓷微位移器的层数为12层，在400V工作电压作用下，其中重复夹持同轴度误差也小于0.5μm，约为1.4μm。
其余同实施例1。
权利要求1.一种亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，或三爪式夹头或二爪式夹头，其特征在于(1)三爪式夹头或二爪式夹头分别由三只或二只电致伸缩陶瓷定位头块组成，且安装在一刚性块的同一平面上；(2)所述的电致伸缩陶瓷定位头块，是由电致伸缩陶瓷微位移器、定位压头、紧固螺栓、紧固法兰以及硅橡胶和外壳组成；外壳与微位移器之间的间隙用富有弹性的硅橡胶充填，微位移器的固定端与紧固法兰粘结在一起，并通过紧固螺栓紧固定在外壳上，微位移器的另一头端与定位压头粘结；外电源通过电极引出线将激励电压输入微位移器，微位移器的位移由外接激励电压控制并通过定位压头输出。
2.按权利要求1所述亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，其特征在于所述的三爪式夹头，其定位头块端头的形状为平爪或园弧形；二爪式定位头块端头的形状为V形、方形、平爪形或圆形；三爪式或二爪式定位头块端头形状或为同一种形状，或为不同形状。
3.按权利要求2所述亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，其特征在于三爪式或二爪式头块端头不同形状包括平爪、V形或圆形。
4.按权利要求1所述亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，其特征在于所述的电致伸缩陶瓷微位移器是一种由10-16层电致伸缩陶瓷膜层层堆成的，在电学上并联，位移上串联的结构。
5.按权利要求4所述亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，其特征在于电致伸缩陶瓷微位移器中每层电致伸缩陶瓷厚度为0.3-0.7mm。
专利摘要本实用新型涉及一种亚微米级电致伸缩陶瓷定心夹头，其特征在于三爪式夹头或二爪式夹头分别由三只或二只电致伸缩陶瓷定位头块组成，且安装在一刚性块的同一平面上；所述的电致伸缩陶瓷定位头块，是由电致伸缩陶瓷微位移器、定位压头、紧固螺栓、紧固法兰以及硅橡胶和外壳组成；外壳与微位移器之间的间隙用富有弹性的硅橡胶充填，微位移器的固定端与紧固法兰粘结在一起，并通过紧固螺栓紧固在外壳上，微位移器的另一端头与定位压头粘结；外电源通过电极引出线将激励电压输入微位移器，微位移器的位移由外接激励电压控制并通过定位压头输出。具有定位精度高，重复性好，操作简便，使用范围广等特点。
文档编号B23Q3/18GK2578038SQ02261010
公开日2003年10月8日 申请日期2002年10月25日 优先权日2002年10月25日
发明者温保松, 沈明, 顾国珍, 严鸿萍 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海机床厂有限公司