[发明专利]激光辅助在线测量三维椭圆超声振动辅助微细加工平台

说明书

本发明属于特种加工技术中的超声振动辅助加工技术领域，公开了激光辅助在线测量三维椭圆超声振动辅助微细加工平台；所述微细加工平台包括包括沿进给方向超声振动系统、沿侧吃刀量方向超声振动系统、沿竖直方向超声振动系统和激光位移传感器测量系统；三个超声振动空间中呈相互垂直分布。该发明无需对机床主轴进行任何的改动，在普通的机床上，根据实际需要耦合出不同的椭圆振动轨迹，实现待加工工件的一、二和三维超声振动辅助加工，解决多维椭圆振动过程中不同方向上振动位移之间相互干涉的问题，增加激光位移传感器的振幅和频率，便于对超声振动系统振动参数的调节，实现在普通机床上对难加工材料高效率、高精度的三维椭圆超声振动辅助加工。

技术领域

本发明属于超声振动辅助加工技术领域，具体涉及到一种应用于难加工材料的激光辅助在线测量三维椭圆超声振动辅助微细加工平台及应用方法。

背景技术

由于难加工材料零部件在现代工业中的使用范围和使用数量日益剧增，使得难加工材料零部件的高效率、高质量加工成为现代制造业中亟需解决的关键问题之一。然而，由于难加工材料本身具有较差的可加工性，使用传统加工技术对难加工材料进行高质量、高效率和低成本的加工仍然充满着许多的困难和挑战。20世纪50年代，日本宇都宫大学的隈部淳一郎教授首先提出了超声波振动切削方法。20世纪90年代，在一维超声振动辅助加工的基础上，日本学者社本英二教授提出了一种全新的加工方法“椭圆振动切削”(EVC)的加工方法，即在包括切削方向和切屑流动方向的平面中对切削刃施加同步的双向振动。

超声振动辅助加工技术在精密和超精密加工技术中具有巨大的应用前景，能够很好的解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零件的加工问题。近年来，随着2D椭圆振动切削的不断研究和应用，许多学者提出“3D椭圆振动切削”(3DEVC)的加工方法，即在包括切削方向、切屑流动方向和进给方向的空间中对切削刃施加同步的空间椭圆振动。3D椭圆振动切削过程中存在断续切削特性和摩擦力逆转特性，能够在很大程度上延长刀具寿命，减小切削力，提高加工表面质量，是目前极具潜力的一种机械加工方式。

目前，超声振动辅助加工装置的研究主要以一维、二维超声振动装置研究为主，对于三维椭圆超声振动装置的研究相对较少。主轴一维超声振动装置一般需要对主轴进行较大的改动，易影响精密机床的主轴固有加工精度。二维超声振动主轴除了存在一维超声振动的缺点之外，还存在超声振幅小、不同方向的振幅相互干涉的缺点。目前，对于三维超声振动辅助加工装置的研究还处于探索阶段，将三维超声振动施加在主轴上还存在许多的技术问题需要解决。因此，本发明提出将三维超声振动施加在工件上是一种有效的替代方法。该方法即能够保证机床主轴固有的加工精度，同时又能够解决不同方向的振动相互干涉的问题，同时改发明装置能够实现一维、二维和三维超声振动加工装置。

本发明所述的三维椭圆超声振动辅助微细加工平台将超声振动施加在相互垂直振动块上，利用振动方向之间的振动耦合实现待加工工件的三维空间椭圆振动，能够避免对精密机床加工主轴的改动，保证机床固有的加工精度。

发明内容

本发明技术为克服现有椭圆加工技术中存在的不同方向振动振幅相互干涉、振动振幅偏小以及需要改变机床固有加工精度等突出问题，提出了一种激光辅助在线测量三维椭圆超声振动辅助微细加工平台及其应用方法，该发明能够在普通的机床上实现待加工工件的一维、二维和三维超声振动辅助加工。针对振动振幅经换能器能量转换和变幅杆聚能作用之后，超声振动系统输出的实际振动振幅发生了明显变化的问题，本发明提出使用激光位移传感器在线测量超声振动的振幅和频率，能够实时检测和记录超声振动系统的振动特性，便于对超声振动系统振动参数的调节。