一种多功能超声振动辅助加工机床的制作方法

本实用新型属于机械制造领域。

背景技术：

超声振动辅助加工属于高频断续切削，其属于先进加工制造技术，广泛应用于各个制造领域。与普通加工相比，超声振动辅助加工可以有效地降低切削力、减少刀具磨损、提高工件的表面加工精度和提高加工效率等优点。传统的超声振动大多是单一振动模式，随着超声振动辅助加工技术的应用领域不断扩大，传统的超声振动辅助加工机床已经不能满足实际生产需要，为了解决这以问题，本实用新型专利发明了一种多功能超声振动辅助加工机床，其可以同时实现轴向振动、周向振动以及圆锥摆振动以及工具旋转速度波动，为进一步利用超声振动辅助加工减小切削过程中的切削力、提高加工效率提供了便利，具有较高的应用价值。

技术实现要素：

从现有的超声振动辅助加工机床的技术分析发现，当前的超声振动辅助加工通常采用单一的振动模式，不能满足日益增长的超声振动辅助加工的需要。本实用新型专利发明了一种多功能超声振动辅助加工机床，其可以同时实现轴向振动、周向振动以及圆锥摆振动。

本实用新型主要采用如下技术方案实现：

1.本机床主要本机床主要由床身1、X轴运动组件2、Y轴运动组件3、Z轴运动组件4、工具系统5组成。

2.该机床主要由X轴电机201、X轴基体202、X轴联轴器203、X轴轴承座Ⅰ204、X轴导轨205、X轴滚珠丝杠206、X轴滑块207、X轴轴承座Ⅱ208、X轴风琴式防护罩209、Y轴电机301、Y轴基体302、Y轴联轴器303、Y轴轴承座Ⅰ304、Y轴导轨305、Y轴滑块306、Y轴滚珠丝杠307、Y轴轴承座Ⅱ308、Y轴风琴式防护罩309、Z轴电机401、Z轴基体402、Z轴联轴器403、Z轴轴承座Ⅰ404、Z轴导轨405、Z轴滚珠丝杠406、Z轴滑块407、Z轴轴承座Ⅱ408、Z轴风琴式防护罩409、工具系统5组成，X轴电机201固定在X轴基体202上，X轴基体202固定在Y轴滑块306上，X轴联轴器203一端连接X轴电机201的输出轴上，X轴联轴器203另一端连接X轴滚珠丝杠206的动力输入端，X轴轴承座Ⅰ204固定在X轴基体202上，X轴轴承座Ⅱ208固定在X轴基体202上，X轴滚珠丝杠206的两端分别支承在X轴轴承座Ⅰ204、X轴轴承座Ⅱ208的座孔内，X轴滚珠丝杠206的螺母连接在X轴滑块207上，X轴导轨205固定在X轴基体202上，X轴导轨205的滑块固定在X轴滑块207，X轴风琴式防护罩209一端安装在X轴滑块207上，另一端安装在X轴基体202上，Y轴电机301固定在Y轴基体302上，Y轴基体302固定在床身1上，Y轴联轴器303一端连接Y轴电机301的输出轴上，Y轴联轴器303另一端连接Y轴滚珠丝杠307的动力输入端，Y轴轴承座Ⅰ304固定在Y轴基体302上，Y轴轴承座Ⅱ308固定在Y轴基体302上，Y轴滚珠丝杠307的两端分别支承在Y轴轴承座Ⅰ304、Y轴轴承座Ⅱ308的座孔内，Y轴轴承座Ⅱ308的螺母连接在Y轴滑块306上，Y轴导轨305固定在Y轴基体302上，Y轴导轨305的滑块固定在Y轴滑块306，Y轴风琴式防护罩309一端安装在Y轴滑块306上，另一端安装在Y轴基体302上，Z轴电机401固定在Z轴基体402上，Z轴基体402固定在床身1上，Z轴联轴器403一端连接Z轴电机401的输出轴上，Z轴联轴器403另一端连接Z轴滚珠丝杠406的动力输入端，Z轴轴承座Ⅰ404固定在Z轴基体402上，Z轴轴承座Ⅱ408固定在Z轴基体402上，Z轴滚珠丝杠406的两端分别支承在Z轴轴承座Ⅰ404、Z轴轴承座Ⅱ408的座孔内，Z轴滚珠丝杠406的螺母连接在Z轴滑块407上，Z轴导轨405固定在Z轴基体402上，Z轴导轨405的滑块固定在Z轴滑块407，Z轴风琴式防护罩409一端安装在Z轴滑块407上，另一端安装在Z轴基体402上，工具系统5安装在Z轴滑块407上。

3.该机床主要由固定板501、超声振子502、主轴电机503、球端504、连接架505、球端螺母506、紧定螺母507、工具508、联轴器509、工具轴510、棘轮组件511、棘爪5111、弹簧5112、上盖5113、棘轮基体5114、压电叠堆512、棘轮513、十字轴514、键515、上端盖516、轴承Ⅰ517、毡圈518、下端盖519组成，固定板501通过螺栓固定在Z轴滑块407上，超声振子502与主轴电机503通过螺栓固定在固定板501上，超声振子502与球端504通过螺纹连接在一起，球端504与连接架505通过球端螺母506连接在一起，主轴电机503动力输出轴安装在联轴器509内，联轴器509的另一端安装十字轴514，十字轴514的十字端与工具轴510的十字凹槽端相互接触，压电叠堆512安装在连接架505上，轴承Ⅰ517安装在连接架505的通孔内，上端盖516与下端盖519分别通过螺栓固定在连接架505上，并分别与轴承Ⅰ517的外圈接触，工具轴510安装在轴承Ⅰ517的内圈中，工具508安装在工具轴510的孔内，紧定螺母507通过螺纹连接在工具轴510上，棘轮513通过键515连接在工具轴510上，毡圈518安装在下端盖519的环形槽内，棘轮基体5114通过螺栓固定在连接架505的柔性铰链上，弹簧5112安装在棘轮基体5114上，另一端安装在棘爪5111上，棘爪5111的旋转轴与棘轮基体5114通过上盖5113安装在一起。

本实用新型优点：

1.本实用新型可以同时实现轴向振动、周向振动以及圆锥摆振动，为研究人员研究复杂振动形式，对生产效率的提高提供了方便；

2.本实用新型采用新的轨迹规划算法，可以使在满足加工精度的条件下，使加工点尽可能的少，提高生产效率；

3.在加工过程中恒力加工，减小加工过程中的工件受力变形的变化，提高表面粗糙度。

附图说明

图1是机床的整体图；

图2是XY运动组件图；

图3是Z运动组件图；

图4是XYZ运动组件图；

图5是工具系统整体图；

图6是工具系统局部图Ⅰ；

图7是工具系统局部图Ⅱ；

图8是十字轴图；

图9是棘轮组件图；

图10是棘轮组件局部图；

图11是工具轴末端装配图；

图12是工具轴轴测图Ⅰ；

图13是工具轴轴测图Ⅱ。

图中：

床身1、X轴运动组件2、Y轴运动组件3、Z轴运动组件4、工具系统5、X轴电机201、X轴基体202、X轴联轴器203、X轴轴承座Ⅰ204、X轴导轨205、X轴滚珠丝杠206、X轴滑块207、X轴轴承座Ⅱ208、X轴风琴式防护罩209、Y轴电机301、Y轴基体302、Y轴联轴器303、Y轴轴承座Ⅰ304、Y轴导轨305、Y轴滑块306、Y轴滚珠丝杠307、Y轴轴承座Ⅱ308、Y轴风琴式防护罩309、Z轴电机401、Z轴基体402、Z轴联轴器403、Z轴轴承座Ⅰ404、Z轴导轨405、Z轴滚珠丝杠406、Z轴滑块407、Z轴轴承座Ⅱ408、Z轴风琴式防护罩409、固定板501、超声振子502、主轴电机503、球端504、连接架505、球端螺母506、紧定螺母507、工具508、联轴器509、工具轴510、棘轮组件511、棘爪5111、弹簧5112、上盖5113、棘轮基体5114、压电叠堆512、棘轮513、十字轴514、键515、上端盖516、轴承Ⅰ517、毡圈518、下端盖519。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案和工作过程。

机床的整体布局如图1所示。

如图11所示，十字轴514的旋转运动通过工具轴510的十字凹槽端传递给工具508使其可以旋转运动，4个超声振子502分别进行控制，使刀具末端具有不同的振动形式，4个压电叠堆512使用相同的控制规律进行控制，当其突然伸长时，其通过棘爪5111冲击使棘轮513瞬间加速转动，从而使其可以周向振动。

工具508转速波动的控制：当4个相同的压电叠堆512同时伸长时，棘轮组件511随之运动，从而带动棘轮513获得更快的旋转速度，工具508获得更快的旋转速度，当4个相同的压电叠堆512同时收缩时，棘轮513的旋转速度逐渐恢复正常，工具508的旋转速度也逐渐恢复正常，最终实现工具508旋转速度的波动。