[发明专利]一种三组超声振子成锥体结构的超声加工机床及控制方法

说明书

本发明公开了一种三组超声振子成锥体结构的超声加工机床及控制方法，铰链基座安装在三角固定板的下侧，柔性铰链安装在铰链基座的下端，三个超声振子固定套分别固定安装在三角固定板下侧的三个倾斜的安装台上，三个超声振子分别套装在超声振子固定套内，三个小铰链的一端分别通过双头螺栓与超声振子的输出端相连接，另一端通过双头螺栓连接在柔性铰链上侧中间位置相应的安装平台上，刀具安装在柔性铰链下侧中间的刀具安装孔内。本发明的工具系统的三个超声阵子构成锥体结构，应用磨抛头球心点微动轨迹的反解思想方法以及以等切向长度增量法为主要内容的宏观控制方法，达到提高超声磨抛机床加工精度，提高被加工零件表面质量的目的。

技术领域

本发明涉及一种三组超声振子成锥体结构的超声加工机床，属于超声加工技术领域。

背景技术

超声磨抛加工是以磨抛头超声频的振动为主运动的特种加工方式，超声磨抛加工能够加工传统的机械加工方式较难加工的淬硬钢零件及超硬零件，能够得到很高的加工精度和表面质量，因此成为了超精密加工领域的重要加工方式，所以被广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削磨抛加工。

现有超声磨抛加工机床多是二维的，例如公布号CN106736991A的专利，其工具磨头只能生成在某一平面内的微动轨迹，当其微动轨迹所在平面与加工点处的微小平面平行时，刀具始终与加工平面接触，使刀具产生积屑瘤，切削温度较高，工件表面耐磨性、耐腐蚀性能差，当其微动轨迹所在平面与加工点处的微小平面垂直或成一定角度时，尽管可以控制刀具与工件断续接触，但磨头的运动切削轨迹单一，切削方向和受力方向单一，造成切削加工表面纹理差，粗糙度值大等缺点，而且，在微动轨迹的生成思想上大多提供的是正向求解法，即通过输入一定的正余弦形式的电信号，使超声振子超声相应的振动然后再将超声振子的振动进行耦合运算，这样就很难得到特殊的预定的微动目标轨迹，在利用数控铣磨机床对复杂曲面进行加工时，通过市面上常见的CAD/CAM软件生成的数控加工程序往往都是等距行切或者等距环切加工控制，这样加工出的表面残余余量不均匀，表面质量差，而且不均匀的加工余量加工从另一个方面也使得加工效率低下，因此，我们提出了一种使加工残余量均匀的复杂曲面的三轴数控机床控制算法，以及微动轨迹的反解算法，再结合上超声振动磨抛的高精度切削方式，从而达到提高加工精度和加工效率的目的。

发明内容

本专利为了解决二维超声磨抛加工在加工机理上的缺陷，以及传统的加工路径规划方法带来的加工残余量不均匀，刀具磨抛头微动轨迹的规划受到限定，使得加工效率低等问题，提出了一种三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床及其控制方法，通过微动轨迹的反解算法使得三个超声振子可驱动磨抛头输出加工所需要的预定微动轨迹，预定的微动轨迹可以根据被加工表面微观几何形状和物理机械性能的要求预先设定，再结合上利用等切向长度增量法来规划宏观加工轨迹，可以达到残余量均匀，提高加工精度和工件表面质量的目的。

本发明采用以下技术方案，结合附图：

一种三组超声振子成锥体结构的超声加工机床，包括超声工具系统1、横向导轨2、纵向导轨3、机床底座4、工件夹具5、竖向导轨安装臂6和竖向导轨7，所述纵向导轨3纵向固定安装在机床底座4上侧的中间位置，所述横向导轨2横向固定安装在纵向导轨3的溜板上，所述工件夹具5固定安装在横向导轨2的溜板上，所述竖向导轨安装臂6通过螺栓固定安装在机床底座4上侧的中间位置且竖向导轨安装臂6位于纵向导轨3的后方，所述竖向导轨7竖向固定安装在竖向导轨安装臂6的前安装面上，所述超声工具系统1固定安装在竖向导轨7前侧的溜板上。