[發明專利]一種三組超聲振子成錐體結構的超聲加工機床及控制方法

有效

• 申請號: 201810410272.7
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108381306B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 冀世軍;張超;趙繼;代漢達;賀秋偉;楊記龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B41/06;B24B47/20;B24B51/00
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明公開了一種三組超聲振子成錐體結構的超聲加工機床及控制方法，鉸鏈基座安裝在三角固定板的下側，柔性鉸鏈安裝在鉸鏈基座的下端，三個超聲振子固定套分別固定安裝在三角固定板下側的三個傾斜的安裝臺上，三個超聲振子分別套裝在超聲振子固定套內，三個小鉸鏈的一端分別通過雙頭螺栓與超聲振子的輸出端相連接，另一端通過雙頭螺栓連接在柔性鉸鏈上側中間位置相應的安裝平臺上，刀具安裝在柔性鉸鏈下側中間的刀具安裝孔內。本發明的工具系統的三個超聲陣子構成錐體結構，應用磨拋頭球心點微動軌跡的反解思想方法以及以等切向長度增量法為主要內容的宏觀控制方法，達到提高超聲磨拋機床加工精度，提高被加工零件表面質量的目的。

技術領域

本發明涉及一種三組超聲振子成錐體結構的超聲加工機床，屬于超聲加工技術領域。

背景技術

超聲磨拋加工是以磨拋頭超聲頻的振動為主運動的特種加工方式，超聲磨拋加工能夠加工傳統的機械加工方式較難加工的淬硬鋼零件及超硬零件，能夠得到很高的加工精度和表面質量，因此成為了超精密加工領域的重要加工方式，所以被廣泛應用于航空、航天、軍工等領域各種難加工材料的切削磨拋加工。

現有超聲磨拋加工機床多是二維的，例如公布號CN106736991A的專利，其工具磨頭只能生成在某一平面內的微動軌跡，當其微動軌跡所在平面與加工點處的微小平面平行時，刀具始終與加工平面接觸，使刀具產生積屑瘤，切削溫度較高，工件表面耐磨性、耐腐蝕性能差，當其微動軌跡所在平面與加工點處的微小平面垂直或成一定角度時，盡管可以控制刀具與工件斷續接觸，但磨頭的運動切削軌跡單一，切削方向和受力方向單一，造成切削加工表面紋理差，粗糙度值大等缺點，而且，在微動軌跡的生成思想上大多提供的是正向求解法，即通過輸入一定的正余弦形式的電信號，使超聲振子超聲相應的振動然后再將超聲振子的振動進行耦合運算，這樣就很難得到特殊的預定的微動目標軌跡，在利用數控銑磨機床對復雜曲面進行加工時，通過市面上常見的CAD/CAM軟件生成的數控加工程序往往都是等距行切或者等距環切加工控制，這樣加工出的表面殘余余量不均勻，表面質量差，而且不均勻的加工余量加工從另一個方面也使得加工效率低下，因此，我們提出了一種使加工殘余量均勻的復雜曲面的三軸數控機床控制算法，以及微動軌跡的反解算法，再結合上超聲振動磨拋的高精度切削方式，從而達到提高加工精度和加工效率的目的。

發明內容

本專利為了解決二維超聲磨拋加工在加工機理上的缺陷，以及傳統的加工路徑規劃方法帶來的加工殘余量不均勻，刀具磨拋頭微動軌跡的規劃受到限定，使得加工效率低等問題，提出了一種三組超聲振子構成錐體結構的超聲加工機床及其控制方法，通過微動軌跡的反解算法使得三個超聲振子可驅動磨拋頭輸出加工所需要的預定微動軌跡，預定的微動軌跡可以根據被加工表面微觀幾何形狀和物理機械性能的要求預先設定，再結合上利用等切向長度增量法來規劃宏觀加工軌跡，可以達到殘余量均勻，提高加工精度和工件表面質量的目的。

本發明采用以下技術方案，結合附圖：

一種三組超聲振子成錐體結構的超聲加工機床，包括超聲工具系統1、橫向導軌2、縱向導軌3、機床底座4、工件夾具5、豎向導軌安裝臂6和豎向導軌7，所述縱向導軌3縱向固定安裝在機床底座4上側的中間位置，所述橫向導軌2橫向固定安裝在縱向導軌3的溜板上，所述工件夾具5固定安裝在橫向導軌2的溜板上，所述豎向導軌安裝臂6通過螺栓固定安裝在機床底座4上側的中間位置且豎向導軌安裝臂6位于縱向導軌3的后方，所述豎向導軌7豎向固定安裝在豎向導軌安裝臂6的前安裝面上，所述超聲工具系統1固定安裝在豎向導軌7前側的溜板上。