一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床

本发明涉及特种加工，涉及一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床。

背景技术：

1、随着制造业技术的不断更迭换代，较传统机械加工来说，非传统加工已经凸显出其独特优势，电火花加工技术就是其中一种，其在火花放电通道的瞬时，将电能转换为热能实现非接触加工，可加工在传统加工技术方面难加工的材料(如钛合金，金刚石，石英等金属与非金属)；可加工出特殊复杂的表面，对与工具的宏观作用小与工件的硬度、强度、刚度不做严格要求等优点。但由于技术革新，加工中的不足也会逐渐暴露，电火花加工的加工效率低，加工表面精度低，放电间隙的蚀除产物不易及时排除等问题。针对这些问题，衍生出不同能量形式的复合加工技术。现将聚焦超声、磁场和电火花加工技术复合，利用各自能量的不同特点，改善对火花放电过程中放点通道，工作液等加工条件的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，通过聚焦超声振动装置、磁场发生装置的搭建，该机床可以实现主轴端的三轴移动运动和工件端实现两轴旋转运动，可实现聚焦超声或磁场单一辅助电火花加工，或聚焦超声和磁场复合辅助电火花加工，利用聚焦超声振动的液压冲击和超声空化效应，将聚焦超声能量于工件端，并且在工件两端施加磁场，在磁场的作用下，使得放电通道内的放电电流增大，引起放电通道的间隙变化，可提高加工效率与改善表面质量。

2、本发明所提出需要解决的问题通过以下技术方案实现：

3、一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，包括：主轴，主轴加紧支架，聚焦超声振动装置，工具电极，磁场发生装置，底板，x轴移动机构，y轴移动机构，z轴升降机构，b向旋转台机构，c向旋转台机构，工件夹具，工件。

4、进一步地，所述x轴移动导轨滑块安装在底板上的导轨固定槽中，实现x轴方向的移动；x轴移动导轨滑块上方通过螺栓固定连接x轴移动平台，在x轴移动平台的导轨固定槽中安装y轴移动导轨滑块，实现y轴方向的移动；在y轴移动平台上方通过螺栓连接z轴升降平台，z轴升降平台与z轴导轨滑块进行螺栓固定连接，实现z轴方向的移动。在z轴导轨滑块上的滑块固定安装z轴升降连接板，z轴升降连接板通过螺栓固定主轴夹紧支架。

5、进一步地，主轴放置在主轴夹紧支架中，由夹紧支架两侧的螺栓进行固定加紧，工具电极通过工具加紧侧边的螺栓旋紧固定，主轴夹紧支架的下方开有螺纹孔，当主轴安装固定完毕，磁场发生装置通过螺栓安装于主轴下方。

6、进一步地，所述底板上安装b向旋转下平台与b向旋转上平台通过蜗杆与上平台涡轮进行啮合，实现b向转动。

7、进一步地，所述b向转动结构上固定安装c向旋转固定板，固定板通过螺栓安装固定c向旋转平台，实现c向转动。

8、进一步地，所述c向旋转平台上固定安装一块固定板，可安装聚焦超声振动装置，超声换能器胶接在聚焦超声振动装置的四个聚焦超声侧板，呈对称分布。

9、进一步地，在聚焦超声振动装置的聚焦超声底板上安装有工件夹具，在工件完成安装后，由侧边工件固定侧板的螺栓进行工件的夹紧。

10、进一步地，所述五轴联动五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，x、y、z移动机构内均有滚珠丝杠，滚珠丝杠通过伺服电机完成x、y、z方向上面的移动进给，在b向旋转机构通过伺服电机驱动蜗杆带动涡轮进行运动，c向旋转机构，通过伺服电机驱动转盘轴承进行c向旋转运动。

11、进一步地，所述电火花加工主轴端可以实现x、y、z轴的三向移动，工件端可以实现b、c轴的两向旋转移动。

12、采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

13、1、本发明通过聚焦超声振动装置，能够实现更换不同频率的超声换能器，以实现不同的聚焦超声能量对于不同加工条件下对工件的影响；

14、2、本发明采用磁场发生装置安装在主轴夹紧支架下端，其磁场发生线圈的间距等于其磁场发生线圈半径，在中心轴线处可以产生均匀磁场，进而在磁场和聚焦超声加工的相互作用下，进而实现不同的加工条件。

15、本发明提供了一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，在引入聚焦超声和磁场的复合加工条件下，提高工件的加工效率和加工精度的要求。

技术特征：

1.一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其包括主轴(1)，主轴加紧支架(2)，聚焦超声振动装置(3)，工具电极(102)，底板(9)，磁场发生装置(27)，x轴移动机构(21)，y轴移动机构(22)，z轴升降机构(26)，b向旋转台机构(8)，c向旋转台机构(5)，工件夹具(306)，工件(307)；所述的工具电极(102)安装在主轴(1)下端，主轴(1)由主轴夹紧支架(2)进行固定，磁场发生装置(27)安装于主轴夹紧支架(2)下端，主轴夹紧支架(2)安装于z轴升降机构(26)的z轴升降连接板(18)上，z轴升降平台(17)固定安装于y轴移动机构(22)的y轴移动平台(16)上，y轴移动机构(22)固定安装于x轴移动机构(21)上，x轴移动机构(21)安装于底板(9)的x轴移动导轨滑块(23)上；所述的工件(307)固定安装于工件夹具(306)，将工件夹具(306)安装于聚焦超声振动装置(3)中的聚焦超声底板(303)上；所述的聚焦超声振动装置(3)，由聚焦超声侧板(301)、聚焦超声底板(303)、和超声换能器(302、304、308、309)组成，将聚焦超声振动装置(3)安装于固定板(4)上，固定板(4)安装于c向旋转平台机构(5)上，c向旋转平台机构(5)安装于c向旋转固定板(7)上，b向旋转平台机构(8)安装于底板(9)上。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其特征在于：所述磁场发生装置(3)通过螺栓安装在主轴加紧支架(2)下端，工具电极(102)通过所述机构固定安装在主轴(1)下端。

3.根据权利要求1所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其特征在于，安装工具电极(102)的主轴(1)端固定安装在z轴升降机构(26)上，z轴升降机构(26)安装在y轴移动机构(22)上，y轴移动机构(22)安装在x轴移动机构(21)上，x轴移动机构(21)安装在底板(9)上。

4.根据权利要求1所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床的聚焦超声振动装置(3)，其特征在于：其聚焦超声振动装置(3)的聚焦超声侧板(301)为长方形薄板，装置的聚焦超声底板(303)通过螺栓连接与固定板(7)进行安装固定，在底板(9)上通过螺栓固定连接工件夹具(306)。

5.根据权利要求2所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其特征在于：聚焦超声振动装置(3)，所述装置由聚焦超声侧板(301)和聚焦超声底板(303)组成，在聚焦超声侧板(301)上各设有一个超声波换能器(302、304、308、309)，所述的装置安装在c向旋转机构(5)上，c向旋转机构(5)安装在b向旋转机构(8)上，可以实现在加工工件上的b、c方向的两轴旋转运动。

6.根据权利要求2所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其特征在于：磁场发生装置(27)包括磁场线圈固定板(271)、磁场发生线圈(272)和磁场发生线圈(273)，其发生线圈(272)内径与另一边发生线圈(273)的距离相等，在其中心处可产生均匀磁场。

7.根据权利要求2所述的一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其特征在于：聚焦超声振动装置(3)上的超声换能器(302、304、308、309)通过胶接的形式，对称分布在聚焦超声振动装置(3)的聚焦超声侧板(301)上，可以根据不同的超声换能器频率来进行不同的加工条件，以根据不同的聚焦超声能量选择最佳的加工条件。

技术总结
本发明涉及一种五轴联动的聚焦超声磁场辅助电火花加工数控机床，其包括主轴，工具电极，磁场发生装置，超声换能器，主轴加紧支架，X轴滑动机构，Y轴滑动机构，Z轴升降机构，B向旋转台机构，C向旋转台机构，聚焦超声工作框，工件夹具座。本发明在主轴上安装了磁场发生激励，在工件工作框四周对称分布上超声换能器，使得工件在加工过程中，四周均布的超声换能器可以进行聚焦超声，磁场可以影响加工过程中的放点通道中的放电电流，通电后将能量汇聚，在加工工件时达到提高加工效率与精度，改善工件加工的表面粗糙度。在五轴的加工过程中，主轴可以进行X、Y、Z方向上的移动，在工件端可以进行B，C方向上的旋转进给。

技术研发人员：董颖怀,刘启航,张少剑
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29