一种精密微调刀具机构的制作方法

本发明涉及超精密车削加工，特别涉及一种精密微调刀具机构。

背景技术：

在超精密车削加工领域中，零件的加工质量主要受超精密车削机床、超精密刀具和对刀精度的影响。其中，对刀精度和效率必须依靠合理的对刀机构才能保证，由于超精密加工零件需要实现亚微米级甚至是纳米级加工，因而需要刀具实现相应精度的位置调节。同时，由于超精密加工的对刀过程需要耗费大量的时间，严重影响加工效率，因而实现对超精密车削加工刀具的精确和高效的位置调整成为超精密加工技术的重要内容。

相关技术中有应用计算机系统控制压电陶瓷的伸长和缩短的方法调节刀具位置，该方法一定程度提高了刀具位置调整的精度，但使得机床系统更加复杂，制造成本更高，技术实现可行性差；相关技术中还有利用差动螺栓传动或是微小角度的调节来实现刀具位置调整，这种调整方式不易控制，需要反复调节，耗时费力，在刀具的调整范围以及精度控制方面有着很大的局限性。

因此，改进现有的刀具位置调节机构，提高其调整精度和效率，对提高超精密加工技术水平显得十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精密微调刀具机构，以解决相关技术中存在的刀具位置调节精度和效率低下、制造成本高的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种精密微调刀具机构，包括刀架基体、安装有刀具的活动刀座、调节螺钉，以及千分尺，其中，活动刀座和千分尺分别设置于刀架基体的两端，活动刀座与刀架基体沿上下方向滑动连接，调节螺钉用于粗调并锁紧活动刀座沿上下方向的位置；刀架基体上沿上下方向设置有平行四边形变形机构和杠杆变形机构；千分尺与刀架基体连接，并能与杠杆变形机构的调节压板配合，调节千分尺时可使调节压板产生位移，并通过杠杆变形机构和平行四边形变形机构使活动刀座带动刀具沿上下方向位置微调。

优选地，平行四边形变形机构包括贯穿刀架基体的第一槽，第一槽呈四边形设置，平行四边形变形机构还包括设置于第一槽的四角的四个第一柔性铰链。

优选地，杠杆变形机构包括第二柔性铰链和贯穿刀架基体的第二槽，调节压板位于第二槽内，调节压板的一端与第二槽的边沿连接，另一端悬空，第二柔性铰链邻近于调节压板与第二槽的连接处设置；千分尺的测杆与调节压板的悬臂端抵接配合。

优选地，调节压板包括呈l形连接的竖直部和水平部，竖直部与第二槽的边沿连接，测杆与水平部抵接。

优选地，第二柔性铰链的数量为两个，且两个第二柔性铰链分别设置在竖直部的两侧。

优选地，第二槽呈矩形，竖直部与第二槽的下边沿连接，第二槽的邻近于活动刀座的一角还设有一个第二柔性铰链。

优选地，刀架基体上还设有第三槽，第三槽与第二槽连通，水平部和测杆均伸入第三槽内。

优选地，刀架基体呈长方体，第一槽与活动刀座沿刀架基体的长度方向并列排布，第二槽位于第一槽和活动刀座的下方，其中，第二槽的边沿邻近于刀架基体的边沿设置。

优选地，设置于第一槽的下边的两个第一柔性铰链与第二槽间隔设定间隙。

优选地，活动刀座通过燕尾槽滑动导轨与刀架基体活动连接，燕尾槽滑动导轨的长度方向沿竖直方向延伸。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例的精密微调刀具机构包括刀架基体、安装有刀具的活动刀座、调节螺钉，以及千分尺，其中，活动刀座和千分尺分别设置于刀架基体的两端，活动刀座与刀架基体沿上下方向滑动连接，调节螺钉用于粗调并锁紧活动刀座沿上下方向的位置；刀架基体上沿上下方向设置有平行四边形变形机构和杠杆变形机构；千分尺与刀架基体连接，并能与杠杆变形机构的调节压板配合，调节千分尺时可使调节压板产生位移，并通过杠杆变形机构和平行四边形变形机构使活动刀座带动刀具沿上下方向位置微调。本发明实施例中的精密微调刀具机构通过调节螺钉实现刀具位置的粗调，通过千分尺实现刀具位置的定量微调，与相关技术相比，具有调整精度和效率高、制造成本低的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的精密微调刀具机构的结构主视图；

图2为本发明实施例提供的精密微调刀具机构的结构侧视图。

图标：

1-刀架基体；2-活动刀座；3-调节螺钉；4-千分尺；5-刀具；6-第一槽；7-第一柔性铰链；8-第二槽；9-第二柔性铰链；10-调节压板；11-第三槽；12-连接球体；13-测杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本发明实施例提供的精密微调刀具机构的结构主视图，

图2为本发明实施例提供的精密微调刀具机构的结构侧视图。如图1、图2所示，本发明提供的精密微调刀具机构包括刀架基体1、活动刀座2、调节螺钉3、千分尺4，以及刀具5。

刀架基体1大致呈长方体，刀架基体1通过螺钉与机床工作台连接，当机床工作台驱动刀架基体1运动时，刀架基体1可带动刀具5实现进给运动；刀具5安装在活动刀座2上，活动刀座2通过燕尾槽滑动导轨(图未示出)与刀架基体1活动连接，其中，燕尾槽滑动导轨沿竖直方向(也即刀架基体1的宽度方向)延伸，且沿刀架基体1的长度方向，刀架基体1包括第一端和第二端，燕尾槽滑动导轨位于刀架基体1的第一端且邻近于上部设置，调节螺钉3穿过刀架基体1上的通孔(图未示出)与燕尾槽滑动导轨螺纹连接，当旋转调节螺钉3时，可驱动燕尾槽滑动导轨沿竖直方向移动，从而实现活动刀座2的上下位置的粗调，也即刀具5沿上下方向的位置的粗调。

具体地，刀架基体1设置有沿上下方向间隔排布的第一槽6和第二槽8，第一槽6和第二槽8沿刀架基体1的厚度方向延伸，且贯穿刀架基体1，第一槽6大致呈四边形，第一槽6的四角分别设置有第一柔性铰链7，第一槽6和四角的四个第一柔性铰链7共同构成平行四边形变形机构；优选地，平行四边形变形机构与活动刀座2沿刀架基体1的长度方向并列排布。需要说明的是，第一槽6可以是正方形、长方形、平行四边形等形状。

第二槽8大致呈矩形，第二槽8的邻近于刀架基体1的第一端的两个角处均设有第二柔性铰链9，优选地，第二槽8位于活动刀座2的下方，即沿刀架基体1的长度方向，第二槽8比第一槽6更长，且更靠近刀架基体1的第一端，如此可以降低刀架基体1的刚性，使其能够产生微变形。

刀架基体1还设有第三槽11，第三槽11沿刀架基体1的长度方向延伸，第三槽11的一端与第二槽8连通，另一端与刀架基体1的第二端贯通；第二槽8的内部设有调节压板10，调节压板10的一端与第二槽8的下边沿连接，另一端与第三槽11插接，且在调节压板10与第二槽8连接处靠近第三槽11的一侧还设置有一个第二柔性铰链9。调节压板10包括呈l形连接的竖直部和水平部，竖直部与第二槽8的下边沿连接，水平部的一端与竖直部连接，另一端悬空且伸进第三槽11内，且可在第三槽11内沿上下方向移动移动。

为叙述方便，将调节压板10与第二槽9连接处设为o点，将o点靠近刀架基体1的第一端的第二柔性铰链9设为a点，将调节压板10的悬臂端设为b点，a点的第二柔性铰链9与调节压板10共同组成杠杆变形机构，且杠杆变形机构的长臂为ob，短臂为oa，由于ob>oa,因此，当b点有位移时在杠杆原理的作用下a点会有反向的位移，且a点位移小于b点的位移，如此可提高刀具位置调整的精度。

千分尺6安装在刀架基体1的第二端，千分尺6的测杆13沿竖直方向延伸，调节千分尺6，依靠其内部的螺旋进给机构可使测杆13沿竖直方向移动，使测杆13的端部与调节压板10的悬臂端b点抵接。优选地，在调节压板10的悬臂端b点处设有连接球体12，测杆13的端部与连接球体12点接触并适量预紧，使调节更加精确。

优选地，调节压板10与第二槽8的下边沿连接位置o点更靠近刀架基体1的第一端，如此设置可以降低刀架基体1的刚性，使杠杆变形机构的更易变形，从而进一步提高微调精度。优选地，其余两个第二柔性铰链9不但可以减弱刀架基体1的刚度，还可以减小杠杆变形机构和平行四边形变形机构之间的耦合。

优选地，第一槽6下边的两个第一柔性铰链7与第二槽8的上边沿间隔设定间隙。如此设置可以进一步减弱刀架基体1的刚度。

上述的第一柔性铰链7和第二柔性铰链9均可以通过线切割加工方式制造。

在调节刀具5的位置也即对刀时，首先通过旋转调节螺钉3，对刀具5的上下位置进行粗调并锁紧。在进一步精调时，如需要向上精调刀具5的位置，通过调节千分尺6，依靠其内部的螺旋进给机构，驱动测杆13下移定量微小位移，测杆13压迫连接球体12，将微位移传递到调节压板10即杠杆机构的长臂ob上，基于杠杆原理，短臂oa处的a点获得定量的更微小的向上位移。该位移量通过第二柔性铰链9向上传递给第一柔性铰链7，依靠平行四边形变形原理驱动刀架基体1上部产生向上的弹性微变形，使活动刀座2带着刀具5一起向上微移动，实现刀具5向上的定量的高精度位置调节。反之，需要向下精调刀具5的位置时，只需调节千分尺6使测杆13上移定量微小位移，通过调节压板10的杠杆作用以及平行四边形变形原理，即可驱动刀架基体1上部产生向下的弹性微变形，从而实现刀具5向下的定量的高精度位置调节，其过程与上述调节过程一致，在此不再赘述。

本发明实施例的精密微调刀具机构包括刀架基体、安装有刀具的活动刀座、调节螺钉，以及千分尺，其中，活动刀座和千分尺分别设置于刀架基体的两端，活动刀座与刀架基体沿上下方向滑动连接，调节螺钉用于粗调并锁紧活动刀座沿上下方向的位置；刀架基体上沿上下方向设置有平行四边形变形机构和杠杆变形机构；千分尺与刀架基体连接，并能与杠杆变形机构的调节压板配合，调节千分尺时可使调节压板产生位移，并通过杠杆变形机构和平行四边形变形机构使活动刀座带动刀具沿上下方向位置微调。本发明实施例中的精密微调刀具机构具有调整精度和效率高、制造成本低的优点。