[发明专利]一种三维超声振动加工机床及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三维超声振动加工机床及其控制方法，三维超声振动加工机床包括机床底座、y向线性模组、纵向导轨立柱、x向线性模组、转台、超声工具系统、z向线性模组、工件夹具、二维微振平台；x向线性模组安装在机床底座上；y向线性模组由x向线性模组驱动进行x向直线往复运动；转台由y向线性模组驱动进行y向直线往复运动；二维微振平台安装在转台上；夹具系统安装在二维微振平台上；z向线性模组安装在纵向导轨立柱上；超声工具系统由z向线性模组驱动进行z向往复直线运动；超声工具系统内设有Z向超声振子，二维微振平台内分别设有X向超声振子及Y向超声振子，Z向超声振子、X向超声振子及Y向超声振子三者在空间上两两垂直。

技术领域

本发明涉及一种三维超声振动加工机床及其控制方法，属于超声加工技术领域。

背景技术

现阶段科学技术发展迅速，机械制造业正在向着高精密化、高柔性化、高效率化快速发展。同时由于航空发动机、火箭整流罩等航空航天领域、模具领域及高端装备制造等领域不断发展，材料的应用领域也越来越广，其在高温、高压、强辐射、耐腐蚀等极端场合的应用愈发广泛，材料也逐渐向着镍基高温合金、超高强度钢、TiAl金属间化合物、钛合金等具有硬脆特性的难加工材料方向发展，且材料的形状结构趋于减阻、自清洁、良好热传导、高效率能量吸收等特性的复杂微纳结构功能表面等，加工面形精度和表面质量要求愈发严格，朝着超精密及超光滑方向发展，传统的加工方式如车、铣、刨、磨等已无法满足当前硬脆复杂微纳结构零件的高效高精度加工要求的加工要求。而超声振动辅助加工属于断续切削方式，能够有效抑制切削热的产生，降低切削温度，使切削力减小，提高表面加工精度等优点，因此成为了现有加工瓶颈的有效解决手段。因此，本发明提出一种三维超声振动驱动的复杂曲面精密加工机床及其控制方法，在保证较高加工效率的前提下提高加工精度，对复杂曲面加工具有重要意义。

发明内容

本发明为解决二维超声加工在加工机理上的缺陷，传统加工方法路径规划不当导致的加工残余量不均匀，刀具轨迹规划受限使得加工效率低等问题，提出一种三维超声振动驱动的复杂曲面精密加工机床及其控制方法。

本发明采用的技术方案如下，结合附图：

提供一种三维超声振动加工机床，包括机床底座1、y向线性模组2、纵向导轨立柱3、x向线性模组4、转台5、超声工具系统6、z向线性模组7、工件夹具8、二维微振平台9；所述x向线性模组4安装在机床底座1上；所述y向线性模组2安装在x向线性模组4上并由x向线性模组4驱动进行x向直线往复运动；所述转台5安装在y向线性模组2上并由y向线性模组2驱动进行y向直线往复运动；所述二维微振平台9安装在转台5上；工件夹具8安装在二维微振平y向线性模组2y向线性模组2台9上；所述z向线性模组7安装在纵向导轨立柱3上；所述超声工具系统6安装在z向线性模组7上并由z向线性模组7驱动进行z向往复直线运动；所述超声工具系统6内设有Z向超声振子603，所述二维微振平台9内分别设有X向超声振子907以及Y向超声振子，Z向超声振子603、X向超声振子907及Y向超声振子三者在空间上两两垂直。

进一步地，所述Z向超声振子603、X向超声振子907及Y向超声振子结构相同，均包括变幅杆、压电陶瓷片、预紧螺栓、前盖板以及电极片；通过预紧螺栓将前盖板、压电陶瓷片、电极片以及变幅杆沿轴向以及进行紧固；预紧螺栓与变幅杆、压电陶瓷、前盖板及电极片之间接触部分缠绕绝缘胶带；变幅杆、压电陶瓷片、前盖板与电极片之间的接触面涂抹环氧树脂胶。

进一步地，所述超声工具系统6包括安装座601、刀具604、弹簧夹头605；所述安装座601固定在所述z向线性模组7上，所述Z向超声振子603固定在安装座601上，所述刀具604的刀柄部分通过弹簧夹头605与Z向超声振子连接。