可控變形軟刀具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控變形軟刀具，包括刀柄、功能附件以及可變形刀頭，所述可變形刀頭通過功能附件與所述刀柄相連接;其中，所述可變形刀頭包括:密封變形軟殼體、填充于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)、以及與變形介質(zhì)相互作用進而使密封變形軟殼體產(chǎn)生加工力的變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)。本發(fā)明提供的可控變形軟刀具，與工件接觸部為密封變形軟殼體，可控變形軟刀具可以隨動于機床運動，即行程相對工件的平動、轉(zhuǎn)動，對復(fù)雜面型的工件進行面型完全吻合的接觸摩擦運動，從而實現(xiàn)對復(fù)雜工件表面的高效光整加工。
【專利說明】可控變形軟刀具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非平整工件表面研磨、拋光和去除毛刺加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種用于精密光學(xué)和光整器件內(nèi)、外面的高效加工的可控變形軟刀具。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的刀具都是剛性不可變形的刀具，工件的面型和尺寸由刀具相對工件的進給距離來保證。對于精密外形或精密尺寸要求的加工器件，因此要求帶動刀具運動的機床能實現(xiàn)精密或超精密進給能力來保證工件加工精度。但是這將大大增加機床傳動和進給系統(tǒng)的運動精度和控制精度要求，特別是微米以下精度要求的器件加工，實現(xiàn)這種機床難度很大，制造成本也難以接受。為此人們發(fā)明實現(xiàn)了一種可直接變形進給的刀具，使機床帶動刀具精密進給的運動直接由刀具自身的精密變形驅(qū)動來實現(xiàn)。如2007.05.16日公開的專利(ZL: 200520126424 ? 9)可自伸縮進給加工刀具機構(gòu)專利涉及一種可以實現(xiàn)高精度進給動作的可自伸縮進給加工刀具機構(gòu)，它包括夾持部，夾持部依次固定連接著驅(qū)動部和刀頭部，驅(qū)動部還與外接激勵源相連，通過外界激勵準(zhǔn)確控制伸縮材料體的伸長與收縮行程，進而實現(xiàn)刀具的自動進給和退回，避免了機床自身刀具進給過程中的系統(tǒng)誤差，提高了加工精度，可廣泛用于普通刀具改造，精密加工刀具研制，精密加工、機床系統(tǒng)改造或研制。但是，這種刀具整體和與工件接觸的刀尖部分為剛性體不具備和工件表面的面型吻合性，刀具變形的微小進給誤差都可能造成工件尺寸的誤差或表面劃傷；并且刀具與工件接觸為點接觸，不能實現(xiàn)對工件表面大面積的光整加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種可控變形軟刀具，該可控變形軟刀具用以實現(xiàn)在刀具自身可控變形下的工件面型的超精密光整加工。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0005]一種可控變形軟刀具，包括刀柄、功能附件以及可變形刀頭，所述可變形刀頭通過功能附件與所述刀柄相連接；其中，所述可變形刀頭包括:密封變形軟殼體以及設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)。所述機床帶動刀柄運動，從而使密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)產(chǎn)生變形，進而促使密封變形軟殼體產(chǎn)生加工力。
[0006]所述可變形刀頭還包括變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)，所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)與變形介質(zhì)相互作用進而促使密封變形軟殼體產(chǎn)生更大的加工力。
[0007]所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)包括設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部和/或外部的若干變形介質(zhì)激勵器，其中，設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)激勵器為內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器，設(shè)置于密封變形軟殼體外部的變形介質(zhì)激勵器為外置變形介質(zhì)激勵器。
[0008]所述外置變形介質(zhì)激勵器與所述密封變形軟殼體之間設(shè)有加工間隙。
[0009]所述外置變形介質(zhì)激勵器上設(shè)置有軸承轉(zhuǎn)動體。
[0010]所述變形介質(zhì)填充于所述密封變形軟殼體內(nèi)部；或[0011 ] 所述變形介質(zhì)設(shè)置于所述內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器與所述密封變形軟殼體之間。
[0012]所述變形介質(zhì)激勵器為以下任一種:
[0013]電磁鐵，所述電磁鐵連接有電流源；
[0014]永磁鐵；
[0015]電磁永磁復(fù)合體；
[0016]局部熱源體；
[0017]氣壓調(diào)節(jié)器。
[0018]所述變形介質(zhì)為:通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產(chǎn)生應(yīng)力或體積變化的液體、氣體、固液氣態(tài)相變材料的一種或多種混合體。
[0019]所述刀柄為剛性結(jié)構(gòu)體；
[0020]所述密封變形軟殼體是一種可受力變形并可與被加工工件接觸面形體完全吻合的彈性材料體。
[0021]進一步優(yōu)選的，所述密封變形軟殼體為耐磨橡膠殼體。
[0022]進一步優(yōu)選的，所述密封變形軟殼體為彈性材料融合磨粒的復(fù)合彈性材料體，以增加磨削或拋光效果。
[0023]進一步優(yōu)選的，如果所述密封變形軟殼體沒有融合磨粒的復(fù)合彈性材料體，在具體加工時所述可控變形軟刀具與被加工工件接觸面之間可以添加研磨或拋光介質(zhì)，該介質(zhì)可以為磁流變液體、研磨膏、拋光蠟或拋光軟性材料體。
[0024]所述功能附件為將刀柄與可變形刀頭的密封變形軟殼體緊固相連的裝置，進一步優(yōu)選的，所述功能附件為螺栓緊固的卡箍。
[0025]所述可控變形軟刀具，還包括如下任一個或任多個部件:
[0026]-進給驅(qū)動器；
[0027]-變形發(fā)生器；
[0028]所述進給驅(qū)動器設(shè)置于所述刀柄的內(nèi)部，其一端與所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)相連接，并在刀柄內(nèi)部產(chǎn)生伸縮變形驅(qū)動；所述變形發(fā)生器設(shè)置于所述功能附件處，并與密封變形軟殼體相連通。
[0029]所述進給驅(qū)動器為直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅(qū)動器、形狀記憶合金、熱膨脹伸縮器、液壓或氣壓進給裝置中的一種；
[0030]所述變形發(fā)生器為微泵系統(tǒng)及其管道或加熱循環(huán)系統(tǒng)及其管道。
[0031]本發(fā)明工作過程具體如下:
[0032]將可控變形軟刀具的刀柄固連在機床平、轉(zhuǎn)動運動平臺上，運動平臺帶動刀柄進而帶動密封變形軟殼體相對被加工工件平動或轉(zhuǎn)動。當(dāng)密封變形軟殼體與加工工件接觸時，由于內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器和/或外置變形介質(zhì)激勵器的作用，使得在變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)指向被加工工件的端面處密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)產(chǎn)生局部密度或應(yīng)力變化。此時，當(dāng)被加工工件在變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)產(chǎn)生激勵方向上位置相對固定時，由于變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)使變形介質(zhì)產(chǎn)生局部密度或應(yīng)力變化擠壓密封變形軟殼體，使之與接觸工件表面產(chǎn)生受擠壓接觸效果。據(jù)此，當(dāng)密封變形軟殼體與工件有相對運動時，那么工件在被密封變形軟殼體運動接觸的部分都會受到用于變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)作用于變形介質(zhì)進而作用于密封變形軟殼體上的力。并且，該作用力大小可以通過調(diào)節(jié)變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)的激勵信號強度的大小來改變。因此，基于以上過程，可控變形軟刀具可以實現(xiàn)與工件接觸力的可控的相對擠壓摩擦運動。該運動效果可用于實現(xiàn)對復(fù)雜工件表面的光整加工。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述有益效果:本發(fā)明實現(xiàn)了一種可以直接安裝在現(xiàn)有機床或運動平臺上對復(fù)雜工件表面實現(xiàn)光整加工的刀具，進而可以配合該刀具特性，實現(xiàn)多軸、多刀頭的磨削拋光一體化加工機床；本發(fā)明的可變形刀頭中的密封變形軟殼體，其表面可以設(shè)置為磨削介質(zhì)復(fù)合，也可以通過在磨削時增加磨削增益介質(zhì)，以提高磨削效果；另外，本發(fā)明可以通過多頭部組合運用于機床或流水生產(chǎn)線中，進一步提高加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實施例1的工作過程示意圖；
[0036]圖3至圖4為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明實施例2的工作過程示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖7為本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖8為本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖9為本發(fā)明以多個組合方式運用于機床或流水生產(chǎn)線時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖中，I為刀柄，2為功能附件，3為密封變形軟殼體，4為變形介質(zhì)，5為變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)，6為軸承轉(zhuǎn)動體，7為進給驅(qū)動器，8為變形發(fā)半器，9為工件，10機床基座。
【具體實施方式】
[0043]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0044]請同時參閱圖1至圖9。
[0045]實施例1
[0046]本實施例提供了一種可控變形軟刀具，包括刀柄、功能附件以及可變形刀頭，所述可變形刀頭通過功能附件與所述刀柄相連接；其中，所述可變形刀頭包括:密封變形軟殼體以及設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)。所述可控變形軟刀具通過刀柄與機床相連接，機床帶動刀柄運動，從而使密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)產(chǎn)生變形，進而促使密封變形軟殼體產(chǎn)生加工力。
[0047]進一步地，在本實施例中，可變形刀頭還可以包括變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)，所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)與所述變形介質(zhì)相互作用，使變形介質(zhì)產(chǎn)生更大的變形，從而使密封變形軟殼體產(chǎn)生的更大的加工力，如圖1所示。
[0048]進一步地，所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)包括若干變形介質(zhì)激勵器，上述變形介質(zhì)激勵器設(shè)置于所述密封變形軟殼體內(nèi)部，形成內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器。
[0049]進一步地，在本實施例中，所述功能附件為通過螺栓緊固的卡箍；密封變形軟殼體為耐磨橡膠殼體；變形介質(zhì)為磁流變液體；內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器為電磁鐵或永磁鐵。
[0050]進一步地，當(dāng)內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器為電磁鐵時，所述電磁鐵連接有電流源。
[0051]進一步地，所述變形介質(zhì)填充于所述密封變形軟殼體的內(nèi)部；或
[0052]所述變形介質(zhì)為變形介質(zhì)層，所述變形介質(zhì)層設(shè)置于所述內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器與所述密封變形軟殼體之間，如圖5所示。
[0053]具體為，在本實施例中，所述刀柄是用于與機床等傳動裝置固連的剛性結(jié)構(gòu)體，所述的功能附件是使密封變形軟殼體與刀柄緊固的附件；密封變形軟殼體是一種可受力變形并可與被加工工件接觸面形體完全吻合的彈性材料體；所述變形介質(zhì)為通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產(chǎn)生應(yīng)力或體積變化的液體、氣體或固液氣態(tài)相變材料或它們的兩種或三種的混合體；所述的變形介質(zhì)激勵器為電磁鐵、永磁鐵、電磁永磁復(fù)合體、局部熱源體、氣壓調(diào)節(jié)器。
[0054]如圖2所示，工作時，將可控變形軟刀具的刀柄固連在機床平、轉(zhuǎn)動運動平臺上，運動平臺帶動刀柄進而帶動密封變形軟殼體相對被加工工件平動或轉(zhuǎn)動。當(dāng)密封變形軟殼體與加工工件接觸時，由于密封變形軟殼體內(nèi)部的內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器作用，使得在內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器指向被加工工件的端面處密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)在內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器的電磁場吸力作用下產(chǎn)生變形介質(zhì)(磁流變液體)局部集中或應(yīng)力增加。此時，當(dāng)被加工工件在內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器產(chǎn)生激勵方向上位置相對固定時，由于內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器使變形介質(zhì)產(chǎn)生擠壓密封變形軟殼體并使之?dāng)D壓接觸工件的表面。如此，當(dāng)密封變形軟殼體與工件有相對運動或振動，那么工件在被密封變形軟殼體運動接觸的部分都會受到由于內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器作用于變形介質(zhì)進而作用于密封變形軟殼體上的力。并且，該作用力大小可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器激勵信號強度的大小改變。因此，基于以上作用原理，可控變形軟刀具可以實現(xiàn)與工件接觸共的可控擠壓摩擦，從而可用于實現(xiàn)對所接觸工件部分的光整加工。為提高這種光整和摩擦切削效率，本實施例1在實際工作時可以在密封變形軟殼體和工件之間添加研磨介質(zhì)(如研磨膏)或光整介質(zhì)(拋光蠟和拋光布)
[0055]由于可控變形軟刀具與工件接觸部為密封變形軟殼體(橡膠彈性體)，那么可控變形軟刀具可以隨動于機床運動(形成相對工件的平動、轉(zhuǎn)動)對復(fù)雜面型的工件進行面型完全吻合的相對接觸摩擦運動，實現(xiàn)對復(fù)雜工件表面的高效光整加工。
[0056]實施例2
[0057]實施例2為實施例1的變化例。
[0058]本實施例作用機理和組成部件及作用過程與實施例1相同，如圖5所示。為增加對于大表面殼體工件的加工效果，可將變形介質(zhì)激勵器放置于密封變形軟殼體的外部，從而形成外置變形介質(zhì)激勵器，并將工件置于外置變形介質(zhì)激勵器和密封變形軟殼體之間，如圖3所示。
[0059]本實施例還可以在密封變形軟殼體的內(nèi)部和外部均放置變形介質(zhì)激勵器，即設(shè)置于所述密封變形軟殼體內(nèi)部的內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器和設(shè)置于所述密封變形軟殼體外部的外置變形介質(zhì)激勵器共同構(gòu)成變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)，如圖4所示，從而增加工件內(nèi)外殼面的加工效果。
[0060]實施例3
[0061 ] 實施例3為實施例2的變化例。[0062]本實施例的作用機理和組成部件及作用過程與實施例2相同。為增加變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)的磁場勵磁效果，對外置變形介質(zhì)激勵器增加軸承轉(zhuǎn)動體，該軸承轉(zhuǎn)動體為轉(zhuǎn)軸或球鉸鏈，如圖6所示，使得外置變形介質(zhì)激勵器的磁極端通過磁場力作用隨可控變形軟刀具移動而移動，達到始終利用外置變形介質(zhì)激勵器的磁極端強磁場激勵情況下的更高效率的光整加工過程。
[0063]實施例4
[0064]實施例4為上述三個實施例的變化例。
[0065]本實施例的作用機理與實施例1相同。如圖7所示，本實施例提供的可控變形軟刀具，在實施例1至3中任一個實施例的基礎(chǔ)上，增加了一個在刀柄內(nèi)部可產(chǎn)生伸縮變形驅(qū)動的進給驅(qū)動器，該進給驅(qū)動器可以是直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅(qū)動器、形狀記憶合金、熱膨脹伸縮器、液壓或氣壓進給裝置中的一種。
[0066]進一步地，所述進給驅(qū)動器的一端與變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)的內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器固連，當(dāng)給進給驅(qū)動器施加激勵時，其帶動內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器沿刀柄的軸向前進或后退，從而推動局部極化的變形介質(zhì)，進而推動密封變形軟殼體作用于工件表面。本實施例能夠通過進給驅(qū)動器的驅(qū)動直接控制實現(xiàn)可控變形軟刀具與工件的相對局部位置和加工力，可使本發(fā)明的加工效果更細微化。
[0067]實施例5
[0068]實施例5為上述四個實施例的變化例。
[0069]本實施例的光整磨削的作用機理與實施例1相近。如圖8所示，本實施例在實施例I至4中的任一個實施例的基礎(chǔ)上，增加了一個在功能附件2處安裝的微泵系統(tǒng)及其管道或加熱循環(huán)系統(tǒng)及其管道，所述管道與密封變形軟殼體相連通。此時，通過微泵系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)通過管道對密封變形軟殼體加入或排出液體或熱量，使密封變形軟殼體膨脹或收縮，以增加可控變形軟刀具與工件殼面的加工效果。
[0070]實施例6
[0071 ] 實施例6為上述五個實施例的變化例。
[0072]本實施例的光整磨削的作用機理與實施例1相近。如圖9所示，本實施例在實施例I至5中的任一個實施例的基礎(chǔ)上，在帶動刀具運動機床或流水生產(chǎn)線上同時安裝多個可控變形軟刀具的組合加工陣列刀具，用以實現(xiàn)對多工件或磨削、拋光同時進行的高效加工。雖然本發(fā)明重點保護的是可控變形軟刀具本身的結(jié)構(gòu)，但將本發(fā)明的可控變形軟刀具以多個組合運用于機床或流水生產(chǎn)線的使用方式也落入本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。
[0073]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種可控變形軟刀具，其特征在于，包括刀柄、功能附件以及可變形刀頭，所述可變形刀頭通過功能附件與所述刀柄相連接；其中，所述可變形刀頭包括:密封變形軟殼體以及設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述可變形刀頭還包括變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)，所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)與所述變形介質(zhì)之間相互作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)包括設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部和/或外部的若干變形介質(zhì)激勵器，其中，設(shè)置于密封變形軟殼體內(nèi)部的變形介質(zhì)激勵器為內(nèi)置變形介質(zhì)激勵器，設(shè)置于密封變形軟殼體外部的變形介質(zhì)激勵器為外置變形介質(zhì)激勵器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述外置變形介質(zhì)激勵器與所述密封變形軟殼體之間設(shè)有加工間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述外置變形介質(zhì)激勵器上設(shè)置有軸承轉(zhuǎn)動體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述變形介質(zhì)激勵器為以下任一種: 電磁鐵，所述電磁鐵連接有電流源； 永磁鐵； 電磁永磁復(fù)合體； 局部熱源體； 氣壓調(diào)節(jié)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述變形介質(zhì)為:通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產(chǎn)生應(yīng)力或體積變化的液體、氣體、固液氣態(tài)相變材料的一種或多種混合體； 所述刀柄為剛性結(jié)構(gòu)體；所述密封變形軟殼體是一種可受力變形并可與被加工工件接觸面形體完全吻合的彈性材料體或者為彈性材料融合磨粒的復(fù)合彈性材料體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述功能附件為將刀柄與可變形刀頭的密封變形軟殼體緊固相連的裝置；所述密封變形軟殼體為耐磨橡膠殼體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的可控變形軟刀具，其特征在于，還包括如下任一個或任多個部件: -進給驅(qū)動器； -變形發(fā)生器； 所述進給驅(qū)動器設(shè)置于所述刀柄的內(nèi)部，其一端與所述變形介質(zhì)激勵器機構(gòu)相連接，并在刀柄內(nèi)部產(chǎn)生伸縮變形驅(qū)動；所述變形發(fā)生器設(shè)置于所述功能附件處，并與密封變形軟殼體相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述進給驅(qū)動器為直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅(qū)動器、形狀記憶合金、熱膨脹伸縮器、液壓或氣壓進給裝置中的一種；所述變形發(fā)生器為微泵系統(tǒng)及其管道或加熱循環(huán)系統(tǒng)及其管道。
【文檔編號】B24B13/02GK103600276SQ201310187815
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】楊斌堂 申請人:楊斌堂