可控變形軟刀具的制作方法
【專利摘要】本發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部的變形介質、以及與變形介質相互作用進而使密封變形軟殼體產生加工力的變形介質激勵器機構。本發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、轉動，對復雜面型的工件進行面型完全吻合的接觸摩擦運動，從而實現對復雜工件表面的高效光整加工。
【專利說明】可控變形軟刀具
【技術領域】
[0001]本發明涉及非平整工件表面研磨、拋光和去除毛刺加工【技術領域】，具體是一種用于精密光學和光整器件內、外面的高效加工的可控變形軟刀具。
【背景技術】
[0002]傳統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，實現這種機床難度很大，制造成本也難以接受。為此人們發明實現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動來實現。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專利涉及一種可以實現高精度進給動作的可自伸縮進給加工刀具機構，它包括夾持部，夾持部依次固定連接著驅動部和刀頭部，驅動部還與外接激勵源相連，通過外界激勵準確控制伸縮材料體的伸長與收縮行程，進而實現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，不能實現對工件表面大面積的光整加工。

【發明內容】

[0003]本發明針對現有技術中存在的上述不足，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]本發明是通過以下技術方案實現的。
[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置于密封變形軟殼體內部的變形介質。所述機床帶動刀柄運動，從而使密封變形軟殼體內部的變形介質產生變形，進而促使密封變形軟殼體產生加工力。
[0006]所述可變形刀頭還包括變形介質激勵器機構，所述變形介質激勵器機構與變形介質相互作用進而促使密封變形軟殼體產生更大的加工力。
[0007]所述變形介質激勵器機構包括設置于密封變形軟殼體內部和/或外部的若干變形介質激勵器，其中，設置于密封變形軟殼體內部的變形介質激勵器為內置變形介質激勵器，設置于密封變形軟殼體外部的變形介質激勵器為外置變形介質激勵器。
[0008]所述外置變形介質激勵器與所述密封變形軟殼體之間設有加工間隙。
[0009]所述外置變形介質激勵器上設置有軸承轉動體。
[0010]所述變形介質填充于所述密封變形軟殼體內部；或[0011 ] 所述變形介質設置于所述內置變形介質激勵器與所述密封變形軟殼體之間。
[0012]所述變形介質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]電磁永磁復合體；
[0016]局部熱源體；
[0017]氣壓調節器。
[0018]所述變形介質為:通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產生應力或體積變化的液體、氣體、固液氣態相變材料的一種或多種混合體。
[0019]所述刀柄為剛性結構體；
[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]進一步優選的，所述密封變形軟殼體為耐磨橡膠殼體。
[0022]進一步優選的，所述密封變形軟殼體為彈性材料融合磨粒的復合彈性材料體，以增加磨削或拋光效果。
[0023]進一步優選的，如果所述密封變形軟殼體沒有融合磨粒的復合彈性材料體，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，該介質可以為磁流變液體、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]-進給驅動器；
[0027]-變形發生器；
[0028]所述進給驅動器設置于所述刀柄的內部，其一端與所述變形介質激勵器機構相連接，并在刀柄內部產生伸縮變形驅動；所述變形發生器設置于所述功能附件處，并與密封變形軟殼體相連通。
[0029]所述進給驅動器為直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅動器、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]所述變形發生器為微泵系統及其管道或加熱循環系統及其管道。
[0031]本發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動。當密封變形軟殼體與加工工件接觸時，由于內置變形介質激勵器和/或外置變形介質激勵器的作用，使得在變形介質激勵器機構指向被加工工件的端面處密封變形軟殼體內部的變形介質產生局部密度或應力變化。此時，當被加工工件在變形介質激勵器機構產生激勵方向上位置相對固定時，由于變形介質激勵器機構使變形介質產生局部密度或應力變化擠壓密封變形軟殼體，使之與接觸工件表面產生受擠壓接觸效果。據此，當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激勵器機構作用于變形介質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節變形介質激勵器機構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對復雜工件表面的光整加工。
[0033]與現有技術相比，本發明具有下述有益效果:本發明實現了一種可以直接安裝在現有機床或運動平臺上對復雜工件表面實現光整加工的刀具，進而可以配合該刀具特性，實現多軸、多刀頭的磨削拋光一體化加工機床；本發明的可變形刀頭中的密封變形軟殼體，其表面可以設置為磨削介質復合，也可以通過在磨削時增加磨削增益介質，以提高磨削效果；另外，本發明可以通過多頭部組合運用于機床或流水生產線中，進一步提高加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發明實施例1的結構示意圖；
[0035]圖2為本發明實施例1的工作過程示意圖；
[0036]圖3至圖4為本發明實施例2的結構示意圖；
[0037]圖5為本發明實施例2的工作過程示意圖；
[0038]圖6為本發明實施例3的結構示意圖；
[0039]圖7為本發明實施例4的結構示意圖；
[0040]圖8為本發明實施例5的結構示意圖；
[0041]圖9為本發明以多個組合方式運用于機床或流水生產線時的結構示意圖；
[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，5為變形介質激勵器機構，6為軸承轉動體，7為進給驅動器，8為變形發半器，9為工件，10機床基座。
【具體實施方式】
[0043]下面對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術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。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
[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置于密封變形軟殼體內部的變形介質。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部的變形介質產生變形，進而促使密封變形軟殼體產生加工力。
[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激勵器機構，所述變形介質激勵器機構與所述變形介質相互作用，使變形介質產生更大的變形，從而使密封變形軟殼體產生的更大的加工力，如圖1所示。
[0048]進一步地，所述變形介質激勵器機構包括若干變形介質激勵器，上述變形介質激勵器設置于所述密封變形軟殼體內部，形成內置變形介質激勵器。
[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；變形介質為磁流變液體；內置變形介質激勵器為電磁鐵或永磁鐵。
[0050]進一步地，當內置變形介質激勵器為電磁鐵時，所述電磁鐵連接有電流源。
[0051]進一步地，所述變形介質填充于所述密封變形軟殼體的內部；或
[0052]所述變形介質為變形介質層，所述變形介質層設置于所述內置變形介質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構體，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；所述變形介質為通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產生應力或體積變化的液體、氣體或固液氣態相變材料或它們的兩種或三種的混合體；所述的變形介質激勵器為電磁鐵、永磁鐵、電磁永磁復合體、局部熱源體、氣壓調節器。
[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動。當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部的內置變形介質激勵器作用，使得在內置變形介質激勵器指向被加工工件的端面處密封變形軟殼體內部的變形介質在內置變形介質激勵器的電磁場吸力作用下產生變形介質(磁流變液體)局部集中或應力增加。此時，當被加工工件在內置變形介質激勵器產生激勵方向上位置相對固定時，由于內置變形介質激勵器使變形介質產生擠壓密封變形軟殼體并使之擠壓接觸工件的表面。如此，當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置變形介質激勵器作用于變形介質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節內置變形介質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與工件接觸共的可控擠壓摩擦，從而可用于實現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(如研磨膏)或光整介質(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、轉動)對復雜面型的工件進行面型完全吻合的相對接觸摩擦運動，實現對復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激勵器，并將工件置于外置變形介質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部和外部均放置變形介質激勵器，即設置于所述密封變形軟殼體內部的內置變形介質激勵器和設置于所述密封變形軟殼體外部的外置變形介質激勵器共同構成變形介質激勵器機構，如圖4所示，從而增加工件內外殼面的加工效果。
[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。為增加變形介質激勵器機構的磁場勵磁效果，對外置變形介質激勵器增加軸承轉動體，該軸承轉動體為轉軸或球鉸鏈，如圖6所示，使得外置變形介質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上，增加了一個在刀柄內部可產生伸縮變形驅動的進給驅動器，該進給驅動器可以是直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅動器、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，所述進給驅動器的一端與變形介質激勵器機構的內置變形介質激勵器固連，當給進給驅動器施加激勵時，其帶動內置變形介質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，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動器的驅動直接控制實現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上，增加了一個在功能附件2處安裝的微泵系統及其管道或加熱循環系統及其管道，所述管道與密封變形軟殼體相連通。此時，通過微泵系統或加熱系統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上，在帶動刀具運動機床或流水生產線上同時安裝多個可控變形軟刀具的組合加工陣列刀具，用以實現對多工件或磨削、拋光同時進行的高效加工。雖然本發明重點保護的是可控變形軟刀具本身的結構，但將本發明的可控變形軟刀具以多個組合運用于機床或流水生產線的使用方式也落入本發明專利的保護范圍之內。
[0073]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
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置于密封變形軟殼體內部的變形介質。
2.根據權利要求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激勵器機構，所述變形介質激勵器機構與所述變形介質之間相互作用。
3.根據權利要求2所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述變形介質激勵器機構包括設置于密封變形軟殼體內部和/或外部的若干變形介質激勵器，其中，設置于密封變形軟殼體內部的變形介質激勵器為內置變形介質激勵器，設置于密封變形軟殼體外部的變形介質激勵器為外置變形介質激勵器。
4.根據權利要求3所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述外置變形介質激勵器與所述密封變形軟殼體之間設有加工間隙。
5.根據權利要求3所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述外置變形介質激勵器上設置有軸承轉動體。
6.根據權利要求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； 電磁永磁復合體； 局部熱源體； 氣壓調節器。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述變形介質為:通過電、磁、熱或壓力變化激勵時產生應力或體積變化的液體、氣體、固液氣態相變材料的一種或多種混合體； 所述刀柄為剛性結構體；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合彈性材料體。
8.根據權利要求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.根據權利要求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: -進給驅動器； -變形發生器； 所述進給驅動器設置于所述刀柄的內部，其一端與所述變形介質激勵器機構相連接，并在刀柄內部產生伸縮變形驅動；所述變形發生器設置于所述功能附件處，并與密封變形軟殼體相連通。
10.根據權利要求9所述的可控變形軟刀具，其特征在于，所述進給驅動器為直線電機、音圈電機、磁致伸縮驅動器、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；所述變形發生器為微泵系統及其管道或加熱循環系統及其管道。
【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 優先權日:2013年5月20日
【發明者】楊斌堂 申請人:楊斌堂