一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床的制作方法

本实用新型涉及一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，属于超声加工技术领域。

背景技术：

超声磨抛加工是以磨抛头超声频的振动为主运动的特种加工方式，超声磨抛加工能够加工传统的机械加工方式较难加工的淬硬钢零件及超硬零件，能够得到很高的加工精度和表面质量，因此成为了超精密加工领域的重要加工方式，所以被广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削磨抛加工。

现有超声磨抛加工机床多是二维的，其工具磨头只能生成在某一平面内的微动轨迹，当其微动轨迹所在平面与加工点处的微小平面平行时，刀具始终与加工平面接触，使刀具产生积屑瘤，切削温度较高，工件表面耐磨性、耐腐蚀性能差，当其微动轨迹所在平面与加工点处的微小平面垂直或成一定角度时，尽管可以控制刀具与工件断续接触，但磨头的运动切削轨迹单一，切削方向和受力方向单一，造成切削加工表面纹理差，粗糙度值大等缺点，本实用新型提供的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床采用超声振动磨抛的高精度切削方式从一定程度上提高了加工精度和加工效率。

技术实现要素：

本实用新型为了解决二维超声磨抛加工在加工机理上的缺陷，使得加工效率低等问题，提出了一种三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，三个超声振子可驱动磨抛头输出较复杂的空间运动轨迹，运动轨迹包络在平行六面体空间内，磨抛刀具移动到工件上某点进行加工时具有较大的作用面积，达到残余量均匀，提高加工精度和工件表面质量的目的。

本使用新型采用以下技术方案：

一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，包括超声工具系统1、横向导轨2、纵向导轨3、机床底座4、工件夹具5、竖向导轨安装臂6和竖向导轨7，所述纵向导轨3纵向固定安装在机床底座4上侧的中间位置，所述横向导轨2横向固定安装在纵向导轨3的溜板上，所述工件夹具5固定安装在横向导轨2的溜板上，所述竖向导轨安装臂6通过螺栓固定安装在机床底座4上侧的中间位置且竖向导轨安装臂6位于纵向导轨3的后方，所述竖向导轨7竖向固定安装在竖向导轨安装臂6的前安装面上，所述超声工具系统1固定安装在竖向导轨7前侧的溜板上。

所述的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，其超声工具系统1包括肋板101、T形固定板102、三角固定板103、超声振子104、铰链基座105、柔性铰链106、刀具107、小铰链108、双头螺栓109和紧固螺栓110，所述T形固定板102固定安装在三角固定板103的后方且T形固定板102与三角固定板103的上端面垂直，所述肋板101固定安装在三角固定板103的上侧的中间位置且通过螺栓与T形固定板102相连接，所述肋板101与T形固定板102以及三角固定板103的上端面均垂直，所述铰链基座105固定安装在三角固定板103的下侧，所述柔性铰链106固定安装在铰链基座105的下端，所述超声振子固定套111有三个，三个超声振子固定套111分别通过螺栓固定安装在三角固定板103下侧的三个倾斜的安装台上，所述超声振子104有三个，三个超声振子104分别套装在超声振子固定套111内并通过螺栓固定，所述小铰链108有三个，三个小铰链108的一端分别通过双头螺栓109与超声振子104的输出端相连接，三个小铰链108的另一端分别通过双头螺栓109连接在柔性铰链106上侧中间位置相应的安装平台上，所述刀具107安装在柔性铰链106下侧中间的刀具安装孔内，并通过三个对称分布的紧固螺栓110锁紧。

所述的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，其铰链基座105的外轮廓为正六边形，其中对应的底部设计有柔性铰链安装孔的三条边与三角固定板103的三角形轮廓对应的三条边分别平行。

所述的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，所述铰链基座105和柔性铰链106的接触面上分别设有上柔性铰链定位孔1051和下柔性铰链定位孔1061，用于通过销钉对柔性铰链106进行定位。

所述的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，所述三角固定板103下侧的三个倾斜超声振子安装台均与水平面成一相同的锐角，并且所述三角固定板103下侧的三个安装台的平面与柔性铰链106上侧的相对应的三个安装台平面分别平行。

所述的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，其三个超声振子104的轴线交于一点，该点为柔性铰链106对应的六棱柱轮廓的几何中心，所述刀具107的轴线经过三个超声振子104轴线的交点且刀具107的轴位于竖直方向。

本实用新型提供的一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床其有益效果如下：

由三组超声振子构成锥体结构的超声磨抛工具系统驱动其磨抛工具头输出空间内的闭合曲线运动轨迹，其轨迹包络在平行六面体空间内，使磨抛刀具移动到工件上某点进行加工时具有较大的作用面积，较大程度上提高了加工效率，同时平行六面体的磨抛作用空间还能够实现刀具与工件、切屑的断续接触，减少热量的产生，避免积屑瘤的产生，提高加工精度。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图

图2是所述超声工具系统轴侧图

图3是所述超声工具系统局部放大图

图4是所述超声工具系统下轴测图

图5是所述铰链部分连接结构示意图

图6是所述T形固定板结构示意图

图7是所述三角固定板结构示意图

图8是所述铰链基座结构示意图

图9是所述柔性铰链结构示意图

图10是所述双头螺栓结构示意图

图11是所述小铰链结构示意图

图12零件加工流程图

图中：

1超声工具系统；2横向导轨；3纵向导轨；4机床底座；5工件夹具；6竖向导轨安装臂；7竖向导轨；101肋板；102T形固定板；103三角固定板；104超声振子；105铰链基座；1051上柔性铰链定位孔；106柔性铰链；1061下柔性铰链定位孔；107刀具；108小铰链；109双头螺栓；110紧固螺栓；111超声振子固定套。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的实施方案和工作过程。

图1为本实用新型的总体结构示意图，一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床，包括超声工具系统1、横向导轨2、纵向导轨3、机床底座4、工件夹具5、竖向导轨安装臂6和竖向导轨7，纵向导轨3纵向固定安装在机床底座4上侧的中间位置，横向导轨2横向固定安装在纵向导轨3的溜板上，工件夹具5固定安装在横向导轨2的溜板上，竖向导轨安装臂6通过螺栓固定安装在机床底座4上侧的中间位置且竖向导轨安装臂6位于纵向导轨3的后方，竖向导轨7竖向固定安装在竖向导轨安装臂6的前安装面上，超声工具系统1固定安装在竖向导轨7前侧的溜板上。

如图2、图3、图4所示，超声工具系统1包括肋板101、T形固定板102、三角固定板103、超声振子104、铰链基座105、柔性铰链106、刀具107、小铰链108、双头螺栓109和紧固螺栓110，T形固定板102如图6所示，三角固定板103如图7所示，T形固定板102固定安装在三角固定板103的后方且T形固定板102与三角固定板103的上端面垂直，肋板101固定安装在三角固定板103的上侧的中间位置且通过螺栓与T形固定板102相连接，肋板101与T形固定板102以及三角固定板103的上端面均垂直，铰链基座105如图8所示，铰链基座105固定安装在三角固定板103的下侧，柔性铰链106如图9所示，柔性铰链106固定安装在铰链基座105的下端，超声振子固定套111有三个，三个超声振子固定套111分别通过螺栓固定安装在三角固定板103下侧的三个倾斜的安装台上，超声振子104有三个，三个超声振子104分别套装在超声振子固定套111内并通过螺栓固定，如图5、10、11所示，小铰链108有三个，三个小铰链108的一端分别通过双头螺栓109与超声振子104的输出端相连接，三个小铰链108的另一端分别通过双头螺栓109连接在柔性铰链106上侧中间位置相应的安装平台上，刀具107安装在柔性铰链106下侧中间的刀具安装孔内，并通过三个对称分布的紧固螺栓110锁紧。

如图4所示，铰链基座105的外轮廓为正六边形，其中对应的底部设计有柔性铰链安装孔的三条边与三角固定板103的三角形轮廓对应的三条边分别平行，铰链基座105和柔性铰链106的接触面上分别设有上柔性铰链定位孔1051和下柔性铰链定位孔1061，用于通过销钉对柔性铰链106进行定位，三角固定板103下侧的三个倾斜超声振子安装台均与水平面成一相同的锐角，并且三角固定板103下侧的三个安装台的平面与柔性铰链106上侧的相对应的三个安装台平面分别平行。

如图4所示，三个超声振子104的轴线交于一点，该点为柔性铰链106对应的六棱柱轮廓的几何中心，刀具107的轴线经过三个超声振子104轴线的交点且刀具107的轴位于竖直方向。

如图12所示，本实用新型一种由三组超声振子构成锥体结构的超声加工机床及其控制方法，包括下列步骤：

(1)通过精密测量仪器对待加工的毛坯或半成品件进行测量，获得其点云数据，通过曲面重构获取测量模型；

(2)对测量模型与设计模型进行模型匹配与比较，获得测量模型与设计模型间的加工余量值，解析设计模型的几何信息，分析加工余量，计算确定满足精度要求的长度增量插补值l，确定工具头的微动参数，磨抛头进给速度，停留时间等加工参数；

(3)根据加工参数，进行控制器上的数控编程，计算确定刀具的加工轨迹，进而生成轨迹的相应数控加工代码，其包含每个轴的数据信息；

(4)把所获得的加工轨迹数控代码输入到数控加工机床，进行工件的数控加工作业；

(5)通过精密测量仪器对加工后的半成品或成品进行测量，通过曲面重构获取测量模型；

(6)若测量模型与设计模型之间的偏差值在精度要求的范围内，则完成加工；

(7)若测量模型与设计模型之间的偏差值超出了工件精度所要求的范围，则返回(1)继续对零件进行测量加工，进入下一个加工循环。