[发明专利]一种五轴三维超声抛光机床及其使用方法

权利要求书

1.一种五轴三维超声抛光机床，包括机架、X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、超声振动抛光装置、旋转工作台、抛光液超声雾化施液装置和工件在线检测装置；其中Z向移动机构位于机架的床身(1)上，X向移动机构和Y向移动机构位于机架的机座(17)上；

所述机架包括机座(17)和垂直固定在机座上的床身(1)；

所述Z向移动机构包括固定安装在所述床身的前壁上、前部带有Z向导轨(26)的Z向导轨座(3)，可沿Z向导轨做Z向移动的Z向移动台(25)，驱动Z向移动台做Z向移动的Z向移动丝杠(4)和驱动Z向移动丝杠转动的Z向伺服电机(2)；所述Y向移动机构包括固定安装在所述机座上、上部带有Y向导轨(16)的Y向导轨座(15)，可沿Y向导轨做Y向移动的Y向移动台(12)，驱动Y向移动台做Y向移动的Y向移动丝杠(14)和驱动Y向移动丝杠转动的Y向伺服电机(13)，Y向移动台上有X向导轨(21)；所述X向移动机构包括可沿所述Y向移动台面上的X向导轨(21)做X向移动的X向移动台(22)，驱动X向移动台做X向移动的X向移动丝杠(20)和驱动X向移动丝杠转动的X向伺服电机(19)；

所述旋转工作台包括固定安装在所述X向移动台(22)上的机壳(11)，在机壳的上部有放置被加工工件(8)的卧式旋转台(9)，在机壳的内部安装有驱动卧式旋转台做卧式旋转的卧式旋转蜗轮蜗杆传动机构(10)，在机壳的侧部有驱动卧式旋转蜗轮蜗杆传动机构的伺服电机Ⅰ(23)；

所述抛光液超声雾化施液装置包括固定安装在所述机座一侧的五轴机械手Ⅰ(7)，该五轴机械手Ⅰ的前端安装有向工件抛光部位喷洒抛光液的超声喷头(6)；

所述工件在线检测装置包括固定安装在所述机座另一侧的五轴机械手Ⅱ(18)，该五轴机械手Ⅱ的前端安装有检测工件抛光面形精度的激光干涉测头(24)；

其特征在于：

所述超声振动抛光装置(5)包括立式转动机构和二维超声抛光机构；

所述立式转动机构包括固定安装在所述Z向移动台(22)上的箱式壳体(501)，在箱式壳体的前部有立式旋转台(502)，在箱式壳体的内部安装有驱动立式旋转台做立式旋转的立式旋转蜗轮蜗杆传动机构(503)，在箱式壳体的上部有驱动立式旋转蜗轮蜗杆传动机构的伺服电机Ⅱ(504)；所述二维超声抛光机构包括固定安装在所述立式旋转台上的直角形固定板(505)，在固定板的水平板下面有对称分布的工位调节孔(506)，通过工位调节孔安装两个左右对称、用于调节两个超声振动装置轴向夹角的超声振动装置固定板(507、508)，两个超声振动装置固定板上分别安装超声振动装置Ⅰ(509)和超声振动装置Ⅱ(510),超声振动装置Ⅰ和超声振动装置Ⅱ分别由换能器(5091、5101)和变幅杆(5092、5102)组成，超声振动装置Ⅰ和超声振动装置Ⅱ的变幅杆(5092、5102)的前端分别与设有和所述工位调节孔相配合的变幅杆连接孔(511)的弧形抛光头基座(512)相接，抛光头(513)安装在抛光头基座上。

2.根据权利要求1所述的五轴三维超声抛光机床，其特征在于：所述工位调节孔(506)和变幅杆连接孔(511)分为四组，分别对应超声振动装置轴向夹角30°、45°、60°、90°。

3.权利要求1所述五轴三维超声抛光机床的使用方法，包括以下步骤：

1)将被加工工件表面的形状参数转化为抛光头的走刀文件，通过运动学反解获得机床的数控程序，通过程序控制系统使机床五轴联动，使抛光头轴线方向与工件抛光点的法线方向始终保持重合；

2)通过抛光头的主轴位姿反解得到抛光液超声雾化施液装置五轴机械手的数控程序，使其与抛光头实现随动，并使抛光液喷射方向与工件抛光点法线方向的夹角保持45±5度；

3)根据抛光需要的雾化程度确定抛光液超声雾化施液装置使用的超声波频率f3；

4)根据工件抛光需要选择超声振动装置Ⅰ和超声振动装置Ⅱ的超声振动频率f1和f2、超声振动振幅A₁和A₂、超声振动初相位θ₁和θ₂和超声振动装置Ⅰ和超声振动装置Ⅱ的轴向夹角α，夹角α通过固定板下面的工位调节孔和与之对应的抛光头基座上的变幅杆连接孔进行调节，

α的取值为：30°、45°、60°、90°中的一种

振幅A₁、A₂的取值范围为:10μm≤A₁≤30μm，

频率f1、f2的取值范围为：20kH_Z≤f₁≤55kH_Z，并使

θ₁和θ₂两相位的相位差θ＝|θ₁-θ₂|的取值范围为：[0°，20°]∪[70°，90°]；

5)抛光过程中，当工件曲面加工精度需检测时，通过Y向移动机构将工件退出加工区，由工件在线检测装置对工件曲面进行检测，根据检测结果，如需继续进行抛光，通过Y向移动机构将工件退回加工区，继续进行抛光加工。