[发明专利]一种高速、高精度五轴超声加工机床

说明书

本发明公开了一种高速、高精度五轴超声加工机床，包括床身装置、刀库装置、主轴头装置和工作台装置。本发明以性能持续稳定的龙门架为基础，刚度高，受热影响作用小，满足高精度超声加工要求；Y轴采用直线电机双驱动，用光栅尺作为位置反馈装置，构成全闭环反馈系统，确保最高精度及部件精度；具有超声功能的刀具装配体对于断屑及清除刀具上的切屑有特殊效果，断屑的切屑更细小，显著降低刀具磨损；采用电主轴驱动刀具高速旋转，通过非接触式供电方式给换能器供电，将高速切削技术与高效超声硬脆材料磨削加工技术集成为一体；采用旋转伸缩电机和机械手实现快速换刀，可以在一次装夹下实现多种超声加工工艺或一次性完成粗、精加工。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种高速、高精度五轴超声加工机床。

背景技术

随着航空航天、信息与电子、光学等高端行业的发展，机械设备对材料的性能要求越来越高。硬脆材料以其优异的物理和化学性能在这些领域的应用越来越广泛，而且要求的精度越来越高。传统的加工方式越来越不能满足其加工要求。超声加工是一种非热、非导电、非化学并不改变工件材料理化性能的加工方式，可有效避免热损伤和微细龟裂的产生，几乎适用于任何硬脆材料；该加工方式中工具受到的切削力较小，散热快，故其在陶瓷、硅、光学玻璃等硬脆材料加工方面具有得天独厚的优势。

专利CN206263736公开了一种五轴超声抛光机床，该机床采用L型开式结构，受力不对称，而且当主轴箱部分受热时对主轴位置精度影响较大，加工精度较低，不能实现精密和超精密加工，该机床只能实现抛光加工。另外，该机床结构并没有详细说明变幅杆是如何实现旋转的。

专利CN106736992A公开了一种五轴超声抛光机床，该机床也是采用开式结构，而且传动链长，刚度差，受力情况不好，而且该机床结构中抛光头不能旋转，加工效率势必会降低许多。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种高速、高精度五轴超声加工机床。本发明采用的技术手段如下：

一种高速、高精度五轴超声加工机床，包括床身装置、刀库装置、主轴头装置和工作台装置；

所述床身装置包括龙门架和底座，所述龙门架包括两个对称设置的门型支架和横梁，所述横梁的两端分别通过直线电机与所述门型支架的上端连接，所述直线电机驱动所述横梁沿垂直于所述横梁轴线方向水平位移(Y轴方向)，所述横梁的中部下端设有旋转伸缩电机，所述旋转伸缩电机的输出端设有机械手，所述旋转伸缩电机驱动所述机械手沿竖直方向伸缩和水平旋转，所述机械手包括水平固定杆和位于所述水平固定杆两端的第一半圆形夹持部和第二半圆形夹持部，所述第一半圆形夹持部的开口方向与所述第二半圆形夹持部的开口方向相反，所述第一半圆形夹持部的开口连线和所述第二半圆形夹持部的开口连线均与所述水平固定杆的轴线平行且位于同一水平面内，所述门型支架的上端还设有用于所述横梁的位置反馈的光栅尺，所述光栅尺位于所述直线电机的外侧，所述门型支架的下端与所述底座固定连接，所述底座上还设有两个与所述横梁轴线平行的水平导轨，所述水平导轨上设有滑块；

用所述光栅尺作为位置反馈装置，构成全闭环反馈系统，确保最高精度及部件精度。

所述直线电机包括定子和动子，所述定子与所述门型支架固定连接，所述动子与所述横梁固定连接。