一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床及其运动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床及其运动控制方法，属于机械制造领域。X向导轨横向固定安装在底座上侧的中间位置，Y向导轨纵向固定安装在X向导轨的溜板上，夹具通过螺栓固定安装在Y向导轨的溜板上，Z向导轨支架固定安装在底座上侧的后端，Z向导轨固定安装在Z向导轨支架横臂前侧的中间位置，超声工具系统固定安装在Z向导轨前侧的溜板上。本发明专利技术优点是能够有效地提高加工效率，改善被加工工件的表面纹理，提高加工精度，能够延长刀具的使用寿命。

A multi dimensional ultrasonic machining machine with arc track support and its motion control method

The invention relates to a multi-dimensional ultrasonic machining machine supported by an arc track and a motion control method thereof, belonging to the field of mechanical manufacture. The X direction is fixed to the middle position of the upper side of the base, and the Y is fixed vertically on the slide plate of the guide rail to the guide rail. The fixture is fixed on the slide plate of the Y guide rail through the bolt. The Z is fixed to the rear end of the upper side of the base, and the Z is fixed in the middle position of the Z to the front of the horizontal arm of the guide rail support to the guide rail. The ultrasonic tool system is fixed on the slide board on the front side of the Z guide rail. The invention has the advantages of effectively improving the processing efficiency, improving the surface texture of the processed workpiece, improving the machining accuracy, and prolonging the service life of the cutter.

【技术实现步骤摘要】
一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床及其运动控制方法
本专利技术属于机械制造领域，涉及一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床及方法。
技术介绍
在国防、军工、汽车制造、航天航海等高新
中，一些元器件的表面质量在各领域的关键技术中扮演者重要的角色，如何提高重要元器件的表面粗糙度和形状精度等成为继续解决的关键技术问题。由于超声振动加工技术具有加工度高，切削力小，切削温度低，不产生积屑瘤等优点，这也吸引了众多的学者参与到对超声振动加工技术的研究中来。尽管如此，但现有的超声振动加工技术仍然存在着超声振动装置略简单，超声振子的振动方向不可变等的缺点，导致超声加工工具头的振动切削轨迹单一，工具头切削受力方向变化幅度小，使得加工效率低，形成地被加工表面纹理差，且导致刀具使用寿命较短。
技术实现思路
本专利技术提供一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床及其运动控制方法，以解决现有技术中超声振子的振动方向不可变，超声加工工具头的振动切削轨迹单一，工具头切削受力方向变化幅度小，得到的加工表面纹理差，刀具使用寿命较短的问题。本专利技术采用的技术方案是：包括超声工具系统、夹具、Y向导轨、底座、X向导轨、Z向导轨支架、防尘罩、Z向导轨，所述X向导轨横向固定安装在底座上侧的中间位置，且X向导轨的控制电机位于X向导轨主体的右端，所述Y向导轨纵向固定安装在X向导轨的溜板上，且Y向导轨的控制电机位于Y向导轨主体的后端，所述夹具通过螺栓固定安装在Y向导轨的溜板上，所述Z向导轨支架固定安装在底座上侧的后端，所述Z向导轨固定安装在Z向导轨支架横臂前侧的中间位置，所述超声工具系统固定安装在Z向导轨前侧的溜板上，且超声工具系统位于夹具的上方，所述防尘罩固定安装在超声工具系统的安装架上。所述超声工具系统包括安装架、弧形移动装置、弧形导轨装置、环形导轨装置、竖向超声阵子、刀具组件、Y向超声振子、X向超声振子、超声振子安装架、周向转动装置，所述环形导轨装置固定安装在安装架的水平安装板上，所述周向转动装置有两个，分别通过滑轨对称安装在环形导轨装置上，所述弧形导轨装置的两端分别通过螺栓固定安装在两个周向转动装置的安装板上，所述弧形移动装置滑动连接在弧形导轨装置的下方，所述竖向超声阵子通过螺栓固定连接在弧形移动装置的下方，所述刀具组件固定安装在竖向超声阵子的下端，所述超声振子安装架有两个，分别固定安装在安装架水平安装板下面的前端和左端，且两个超声振子安装架相互垂直，所述Y向超声振子固定安装在前侧超声振子安装架下端的安装孔上，所述X向超声振子固定安装在左侧超声振子安装架下端的安装孔上，所述刀具组件中的柔性铰链的两分支分别与Y向超声振子和X向超声振子的里端相连接；所述安装架包括后连接板、侧肋板、水平安装板，所述后连接板通过螺栓竖向固定安装在水平安装板后侧、且与水平安装板垂直，所述侧肋板有两个，固定安装在后连接板和水平安装板的两侧，所述侧肋板与后连接板垂直且与水平安装板垂直。所述弧形移动装置包括U形支架、弧形移动齿轮、弧形移动伺服电机、竖向连杆，所述弧形移动伺服电机固定安装在U形支架的前侧板上，所述U形支架的输出轴从U形支架前板的安装孔内穿过，所述弧形移动齿轮固定安装在弧形移动伺服电机的输出轴上且处于U形支架前后板的中间位置，所述竖向连杆通过螺栓固定安装在U形支架的下侧。所述弧形导轨装置包括弧形齿轮架、弧形导轨滑块、弧形导轨，所述弧形导轨有两个，两个弧形导轨分别对称安装在弧形齿轮架的弧形梁的两侧，所述弧形导轨滑块有两个，两个弧形导轨滑块分别滑动连接在两个弧形导轨上。所述环形导轨装置包括环形导轨滑块、环形导轨、环形齿轮，所述环形齿轮的内圈半径与环形导轨的外圈半径相等，所述环形导轨固定连接在环形齿轮的内壁上，所述环形导轨滑块有两个，两个环形导轨滑块滑动连接在环形导轨上，且两个环形导轨滑块关于环形导轨的中心点对称。所述刀具组件包括连接螺栓、柔性铰链上盖、柔性环节、转动球、刀杆、刀头、柔性铰链主体，所述柔性环节、转动球、刀杆、刀头为一体结构，所述转动球设计在刀杆的中间位置，所述刀杆的下端设有刀头，所述刀杆的上端设有柔性环节，所述柔性环节的上端设有紧固螺纹，所述柔性铰链上盖通过螺栓固定安装在柔性铰链主体的主体上侧的凹槽内，所述转动球安装在柔性铰链上盖和柔性铰链主体共同形成的球形空间内，所述转动球的直径与柔性铰链上盖及柔性铰链主体共同形成的球形空间的直径相等，所述柔性铰链上盖与柔性铰链主体在水平方向上的接触面的内轮廓线为圆，所述圆的直径与转动球的直径相等。所述周向转动装置包括周转齿轮、周转伺服电机、周转装置安装板，所述周转伺服电机固定安装在周转装置安装板上侧的外端，其输出轴通过周转装置安装板上的孔伸到周转装置安装板的下侧，所述周转齿轮通过键连接在周转伺服电机的输出轴上，且周转齿轮位于周转装置安装板的下侧。所述环形导轨装置固定安装在水平安装板的上侧，且环形导轨装置的轴线与水平安装板内孔的轴线相重合，所述周转装置安装板通过周转装置安装板里侧的竖向安装板固定安装在环形导轨滑块上，所述安装在弧形导轨装置外侧的周转齿轮与环形齿轮相啮合，所述周向转动装置有两个，分别固定安装在关于环形齿轮的圆心点对称的两个环形导轨滑块上，所述弧形导轨装置通过弧形齿轮架两端的安装脚固定安装在周转装置安装板上，其两个安装脚分别通过螺栓固定安装在两个周转装置安装板里端的上方，所述弧形移动装置通过U形支架两侧上端的安装孔分别固定安装在弧形齿轮架两侧的弧形导轨滑块上，所述弧形移动装置的其他部分位于弧形导轨装置的下侧，所述竖向超声阵子的上端与竖向连杆的下端固定连接，所述竖向超声阵子的下端与刀杆的上端通过螺纹固定连接，所述两个超声振子安装架分别固定连接在水平安装板下端面的左侧和前侧，所述X向超声振子固定安装在左侧超声振子安装架下端的安装孔内，所述Y向超声振子固定安装在前侧超声振子安装架的安装孔内，所述柔性铰链主体相垂直的两分支通过螺纹分别与相互垂直的Y向超声振子和X向超声振子相连接。所述超声工具系统的装配体中弧形齿轮架的弧形齿轮的分度圆的圆心与转动球的球心重合，所述超声工具系统的装配体中弧形导轨的弧形齿轮的分度圆的圆心与转动球的球心重合，转动球的球心与水平安装板内轮廓线的圆心在同一竖直直线上，弧形齿轮架的弧形齿轮的分度圆的半径R等于超声工具系统的装配体中转动球的球心到弧形移动齿轮的分度圆圆心的距离a与弧形移动齿轮分度圆半径b的和，即R＝a+b。一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床运动控制方法，包括下列步骤：(一)、以转动球的球心点O为原点建立平面内的直角坐标系，其中Z轴为竖直方向上经过转动球球心O的直线，X轴为在弧形齿轮架的对称面内的且通过转动球的球心点O的水平直线，其中R为转动球的球心O到弧形移动齿轮的几何中心点A的距离，r为转动球的球心到刀头的球心点B的距离，R’为弧形移动装置沿弧形导轨装置做圆弧运动时弧形移动齿轮的几何中心所形成的运动轨迹在平面内的投影所对应的线段长度的一半，Z’为圆弧运动轨迹在Z轴上投影的长度，也即为弧形移动齿轮的几何中心点在Z轴方向上的运动范围的长度，θ为在直角坐标系内点A沿半径为R的圆弧运动过弧长△L时直线AO所转过的角度，△Z和△X分别为AO转过角度θ时刀头的球心点B在Z方向和X方向的位移；(二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：包括超声工具系统、夹具、Y向导轨、底座、X向导轨、Z向导轨支架、防尘罩、Z向导轨，所述X向导轨横向固定安装在底座上侧的中间位置，且X向导轨的控制电机位于X向导轨主体的右端，所述Y向导轨纵向固定安装在X向导轨的溜板上，且Y向导轨的控制电机位于Y向导轨主体的后端，所述夹具通过螺栓固定安装在Y向导轨的溜板上，所述Z向导轨支架固定安装在底座上侧的后端，所述Z向导轨固定安装在Z向导轨支架横臂前侧的中间位置，所述超声工具系统固定安装在Z向导轨前侧的溜板上，且超声工具系统位于夹具的上方，所述防尘罩固定安装在超声工具系统的安装架上。

【技术特征摘要】
1.一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：包括超声工具系统、夹具、Y向导轨、底座、X向导轨、Z向导轨支架、防尘罩、Z向导轨，所述X向导轨横向固定安装在底座上侧的中间位置，且X向导轨的控制电机位于X向导轨主体的右端，所述Y向导轨纵向固定安装在X向导轨的溜板上，且Y向导轨的控制电机位于Y向导轨主体的后端，所述夹具通过螺栓固定安装在Y向导轨的溜板上，所述Z向导轨支架固定安装在底座上侧的后端，所述Z向导轨固定安装在Z向导轨支架横臂前侧的中间位置，所述超声工具系统固定安装在Z向导轨前侧的溜板上，且超声工具系统位于夹具的上方，所述防尘罩固定安装在超声工具系统的安装架上。2.根据权利要求1所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述超声工具系统包括安装架、弧形移动装置、弧形导轨装置、环形导轨装置、竖向超声阵子、刀具组件、Y向超声振子、X向超声振子、超声振子安装架、周向转动装置，所述环形导轨装置固定安装在安装架的水平安装板上，所述周向转动装置有两个，分别通过滑轨对称安装在环形导轨装置上，所述弧形导轨装置的两端分别通过螺栓固定安装在两个周向转动装置的安装板上，所述弧形移动装置滑动连接在弧形导轨装置的下方，所述竖向超声阵子通过螺栓固定连接在弧形移动装置的下方，所述刀具组件固定安装在竖向超声阵子的下端，所述超声振子安装架有两个，分别固定安装在安装架水平安装板下面的前端和左端，且两个超声振子安装架相互垂直，所述Y向超声振子固定安装在前侧超声振子安装架下端的安装孔上，所述X向超声振子固定安装在左侧超声振子安装架下端的安装孔上，所述刀具组件中的柔性铰链的两分支分别与Y向超声振子和X向超声振子的里端相连接；所述安装架包括后连接板、侧肋板、水平安装板，所述后连接板通过螺栓竖向固定安装在水平安装板后侧、且与水平安装板垂直，所述侧肋板有两个，固定安装在后连接板和水平安装板的两侧，所述侧肋板与后连接板垂直且与水平安装板垂直。3.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述弧形移动装置包括U形支架、弧形移动齿轮、弧形移动伺服电机、竖向连杆，所述弧形移动伺服电机固定安装在U形支架的前侧板上，所述U形支架的输出轴从U形支架前板的安装孔内穿过，所述弧形移动齿轮固定安装在弧形移动伺服电机的输出轴上且处于U形支架前后板的中间位置，所述竖向连杆通过螺栓固定安装在U形支架的下侧。4.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述弧形导轨装置包括弧形齿轮架、弧形导轨滑块、弧形导轨，所述弧形导轨有两个，两个弧形导轨分别对称安装在弧形齿轮架的弧形梁的两侧，所述弧形导轨滑块有两个，两个弧形导轨滑块分别滑动连接在两个弧形导轨上。5.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述环形导轨装置包括环形导轨滑块、环形导轨、环形齿轮，所述环形齿轮的内圈半径与环形导轨的外圈半径相等，所述环形导轨固定连接在环形齿轮的内壁上，所述环形导轨滑块有两个，两个环形导轨滑块滑动连接在环形导轨上，且两个环形导轨滑块关于环形导轨的中心点对称。6.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述刀具组件包括连接螺栓、柔性铰链上盖、柔性环节、转动球、刀杆、刀头、柔性铰链主体，所述柔性环节、转动球、刀杆、刀头为一体结构，所述转动球设计在刀杆的中间位置，所述刀杆的下端设有刀头，所述刀杆的上端设有柔性环节，所述柔性环节的上端设有紧固螺纹，所述柔性铰链上盖通过螺栓固定安装在柔性铰链主体的主体上侧的凹槽内，所述转动球安装在柔性铰链上盖和柔性铰链主体共同形成的球形空间内。7.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述周向转动装置包括周转齿轮、周转伺服电机、周转装置安装板，所述周转伺服电机固定安装在周转装置安装板上侧的外端，其输出轴通过周转装置安装板上的孔伸到周转装置安装板的下侧，所述周转齿轮通过键连接在周转伺服电机的输出轴上，且周转齿轮位于周转装置安装板的下侧。8.根据权利要求2所述的一种弧形轨道支撑的多维超声加工机床，其特征在于：所述环形导轨装置固定安装在水平安装板的上侧，且环形导轨装置的轴线与水平安装板内孔的轴线相重合，所述周转装置安装板通过周转装置安装板里侧的竖向安装板固定安装在环形导轨滑块上，所述安装在弧形导轨装置外侧的周转齿轮与环形齿轮相啮合，所述周向转动装置有两个，分别固定安装在关于环形齿轮的圆心点对称的两个环形导轨滑块上，所述弧形导轨装置通过弧形齿轮架两端的安装脚固定安装在周转装置安装板上，其两个安装脚分别通过螺栓固定安装在两个周转装置安装板里端的上方，所述弧形移动装置通过U形支架两侧上端的安装孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀世军，张超，赵继，贺秋伟，代汉达，杨记龙，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22