一种二并联超声振动辅助切割机床的制作方法

本发明属于并联机床复合超声振动切割技术领域，特别是涉及一种二并联超声振动辅助切割机床，即是在二并联机床的动平台上嵌入超声振动切割系统构成一种三自由度超声振动辅助切割并联机床，应用于蜂窝夹层复合材料的精密加工领域。

背景技术：

伴随着现代航空技术的发展，具有蜂窝结构的蜂窝夹层复合材料因其高比强度、高比模量以及低的热膨胀系数，被广泛地应用在飞机地板、机翼等上面，大幅减轻了自身重量，提高了飞机的作战和运载能力。但在蜂窝夹层复合材料的切削加工过程中，容易出现蜂窝开裂、塌陷、撕裂和毛刺等缺陷，从而降低了工件的加工精度和表面质量。现阶段国内大多数航空制造企业仍然延用传统的金属切削思路，利用普通多自由度高速数控铣床对蜂窝夹层复合材料进行加工，但其刀具磨损严重，难以保证加工过程的稳定性，加工精度偏低，而且加工过程产生大量碎屑，环境恶劣。

有鉴于此，超声振动切割技术作为一种新型特种加工方法为蜂窝夹层复合材料工件的高质量、高效加工提供了新途径。超声振动切割通过高频和微小振幅的加工方式，既保证了零件的正常切割和切削加工，又因为其接触时间极短，不会使蜂窝夹层复合材料出现变形情况发生。整个切割和切削过程中刀具与工件材料之间发生间断性的接触，即为一种脉冲式的断续加工过程，而其加工过程就是工件材料与刀具之间的分离运动特性刀具的高频、低幅轴向振动。有效避免了加工过程引起的撕扯作用对蜂窝夹层材料结构的破坏。

在超声振动辅助切割机床方面，当前的设备多是使用普通车床、钻床，使得工件可加工性受到了限制，二并联超声振动辅助切割机床将超声振动辅助切割和并联机床结合在一起，通过数字控制系统驱动并联机床动平台实现空间三自由度运动，嵌于动平台的超声振动辅助切割设备在超声高频信号源的激励下，产生垂直于动平台表面的超声纵向振动，经过上述多种运动的复合之后，最终实现切割刀具的宏观多自由度微观超声振动的运动轨迹，可应用于蜂窝夹层材料的精密加工。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种二并联超声振动辅助切割机床，即是在二并联机床的动平台上嵌入超声振动切割系统构成一种三自由度超声振动辅助切割并联机床，结构简单，工作空间大，省时省力，通过数字控制系统驱动并联机床动平台实现空间三自由度运动，嵌于动平台的超声振动辅助切割设备在超声高频信号源的激励下，产生垂直于动平台表面的超声纵向振动，经过上述多种运动的复合之后，最终实现切割刀具的宏观多自由度微观超声振动的运动轨迹，应用于蜂窝夹层材料的精密加工。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二并联超声振动辅助切割机床，包括工作台、床身、刀架、动平台、夹具、振动装置、电机一、滚珠丝杠一、并联支链一、并联支链二、电机二、纵向导轨一、拖架、横向导轨一、滑板一、滚珠丝杠二、滑板二、纵向导轨二、横向导轨二、电机三；

将动平台通过并联支链一与滑板一连接，通过并联支链二与滑板二连接；动平台上部通过夹具装有振动装置，振动装置上设有刀架；

在床身上部设置有纵向导轨一和纵向导轨二；在纵向导轨一和纵向导轨二上滑设有拖架；所述拖架上设有十字滑座，电机三通过滚珠丝杠二与拖架连接，驱动托架做X方向移动，实现刀架在X方向的位置调整；

在拖架上设有横向导轨一和横向导轨二；在横向导轨一和横向导轨二上设有滑板一和滑板二；在滑板一上设有滑块一，在滑板二上设有滑块二，将滚珠丝杠一一端贯穿滑块一与电机一连接，另一端置于十字滑座内；将滚珠丝杠二一端贯穿滑块二与电机二连接，另一端置于十字滑座内；当电机一和电机二在相同转速驱动下，推动动平台做Y方向移动；实现刀架在X方向的位置调整；当电机一和电机二在不同转速和不同方向时，通过改变并联支链一和并联支链二之间的夹角，推动动平台做Z方向的直线运动，实现刀架在Z方向的位置调整。

本发明的优点是：

1、本发明将超声振动辅助切割和并联机床相结合，即具有并联机床刚度强、工作空间大、易于平面和直线加工等优点，也具有超声振动辅助切割切割质量优异、切割力小，加工速度快等优点。

2、本发明除了可完成对工件沿X轴和Y轴的切割，通过电机的混合联动也可以完成XY平面内任意方向的直线切割，提高加工效率。

3、本发明加工的工件尺寸范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1动平台的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图3所示，一种二并联超声振动辅助切割机床，包括工作台1、床身2、刀架3、动平台4、夹具5、振动装置6、电机一7、滚珠丝杠一8、并联支链一9、并联支链二10、电机二12、纵向导轨一13、拖架14、横向导轨一15、滑板一16、滚珠丝杠二17、滑板二18、纵向导轨二19、横向导轨二20、电机三21；

将动平台4通过并联支链一9与滑板一16连接，通过并联支链二10与滑板二18连接；动平台4上部通过夹具5装有振动装置6，振动装置6上设有刀架3；

在床身2上部设置有纵向导轨一13和纵向导轨二19；在纵向导轨一13和纵向导轨二19上滑设有拖架14；所述拖架14上设有十字丝母座22，电机三21通过滚珠丝杠二17与拖架14连接，驱动托架14做X方向移动，实现刀架3在X方向的位置调整；

在拖架14上设有横向导轨一15和横向导轨二20；在横向导轨一15和横向导轨二20上设有滑板一16和滑板二18；在滑板一16上设有滑块一，在滑板二18上设有滑块二，将滚珠丝杠一8一端贯穿滑块一与电机一7连接，另一端置于十字滑座22内；将滚珠丝杠二11一端贯穿滑块二与电机二12连接，另一端置于十字滑座22内；当电机一7和电机二12在相同转速驱动下，推动动平台4做Y方向移动；实现刀架3在X方向的位置调整；当电机一7和电机二12在不同转速和不同方向时，通过改变并联支链一9和并联支链二10之间的夹角，推动动平台4做Z方向的直线运动，实现刀架3在Z方向的位置调整。

所述动平台4与并联支链一9和并联支链二10通过销轴连接。

所述电机一7、电机二12和电机三21固定在床身2上。

实施例

通过电机三21带动滚珠丝杠二17旋转，再通过丝母座带动拖架14沿纵向导轨一13和纵向导轨二19做X方向移动，从而实现刀架X方向位置的调整。在托架14上装有电机一7和电机二12分别驱动滑板一16和滑板二18在拖架4的导轨上做Y方向的直线往复运动，从而借助两个并联支链一9和并联支链二10推动动平台4做Y方向的直线运动，进而实现刀架3在Y方向的位置调整，并且当电机一7和电机二12转速和方向不同时，从而借助并联支链一9和并联支链二10推动动平台4做Z方向的直线运动进而实现刀架3在Z方向的位置调整。将工件安装在工作台1上，通过驱动三个电机可使刀架位于合适的加工位置。(1)实现X方向的切割，调整刀架3，使刀片的刃口朝向X方向。按照上述X方向运动方法，使动平台沿X方向运动并完成切割。(2)实现Y方向的切割，调整刀架3，使刀片的刃口朝向Y方向，按照上述Y方向运动方法，使动平台沿Y方向运动并完成切割。(3)实现XY平面任意方向的直线切割，调整刀架3，使刃口朝向要加工的方向。通过控制X方向和Y方向运动的速度使动平台沿要加工方向移动并完成切割。