[发明专利]一种硬脆材料复杂型面精密复合加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合加工设备，本发明尤其涉及一种硬脆材料复杂型面精密复合加工设备。

背景技术

随着现代工业的发展，硬脆材料(如红外光学晶体、工程陶瓷、石英、硅晶体等)已在航空航天、汽车、医疗、精密模具、光学及半导体等领域显示出广阔的应用前景。但由于硬脆材料硬度高、脆性大、加工性能差，难以采用普通加工方法进行复杂曲面加工，从而制约了这些材料的推广应用。为满足科技发展对硬脆材料制品日益增长的需要，硬脆材料复合加工技术与装备的研发已成为制造业发展的重要课题之一。

目前，对于硬脆材料的加工，工业上仍多采用磨削加工、研磨抛光加工、电火花加工、超声加工等单一加工方法，其加工效率低、加工形状简单。各个国家都投入了巨大的人力和物力以加强硬脆材料加工技术及装备的研究。经过各国研究者的共同努力，以磨削、电火花加工、超声波加工等为代表的硬脆材料传统加工方法得到了不断发展和创新，在各个领域都得到了广泛的应用。但是现有的传统加工方法仍然存在着加工效率低、加工成本高、不易实现复杂型面加工等缺点，严重阻碍了各种新材料、新结构及复杂精密零件在更多领域的推广使用。

同时，现代制造业的加工中有这样的一些特点：加工种类多样；加工单批数量少；要求工时短、成本低；更重要的是因零件小型化、性能多样化的需求，越来越多的新型材料和复杂型面更多的列入到实际加工中，而这样的需求日益迫切。传统的硬脆材料加工因受加工条件、加工方法等等因素制约，加工产品达不到要求的精度等条件，同时也因加工的方法单一，为完成复杂加工大多需要多工序，多工种操作，使得加工效率低下，难以满足工业发展的大量需求。针对目前硬脆材料加工因受加工方法单一、加工能力有限等因素制约，加工产品达不到要求的形状和精度等条件，同时效率比较低，成本较高等方面的缺点，新型硬脆材料加工技术研究和加工设备的设计势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现硬脆材料复杂型面的高效、精密加工的一种硬脆材料复杂型面精密复合加工设备。

本发明的一种硬脆材料复杂型面精密复合加工设备，它包括机床床身，在所述的机床床身上安装有X、Y、Z三联动工作台和气浮工作台支架，在所述的X、Y、Z三联动工作台的运动输出端上安装有其轴线沿竖直方向设置的主轴并且主轴通过X、Y、Z三联动工作台的驱动能够沿X、Y、Z方向做直线运动，所述的主轴的一端与主轴旋转电机的输出轴相连并且其另一端通过接口连接有刀柄，在所述的刀柄内部安装有一个与超声波发生器相连的超声波换能器，所述的超声波换能器与一个变幅杆相连，加工用工具通过夹具插在变幅杆内，刀柄、变幅杆以及加工用具内开有冷却通道，所述的冷却通道与冷却液循环装置相连，在所述的气浮工作台支架上通过沿X轴方向设置的A轴转动地连接有A轴旋转工作台，在所述的A轴旋转工作台上沿竖直方向设置有一个C轴，所述的A轴和C轴分别与A轴和C轴旋转驱动装置相连，在所述的C轴上安装有一个气浮工作台，所述的气浮工作台能够与加工用工具相对设置。

采用本发明方法的有益效果是：采用本设备既可以根据被加工材料的加工需求采取不同的单项加工技术，也可以采取多项技术组合成的复合加工技术进行加工。而且该设备能够实现单机多工序的复合加工，一次装夹就可以完成所有工序的加工。同时，该设备还可以结合机床的五轴联动功能实现硬脆材料的自由曲面加工。消除了原有传统技术在加工复杂型面零部件时因多次装夹所造成的加工误差，大幅度提高了加工精度和加工效率，降低了加工成本。

与传统的硬脆材料加工方法相比，本发明的主要优点有：本发明的设备在保证了原有传统单项加工技术如电火花、磨削、铣削等对硬脆工件材料的加工的同时，通过将不同单项加工技术集成到一台机床上，加工时可以根据加工材料、加工要求、加工工序等条件把各单项加工技术组合成多项复合加工技术，进行复合加工时，根据不同加工阶段需要更换不同的加工工具，如磨头、铣刀、电火花加工电极等，磨头、铣刀等刀具可采用直接将安装有超声波发生装置的标准刀柄安装在主轴联结标准接口上，再由刀柄夹持刀具进行加工。但是电火花加工不同于常规的刀具切削加工，电火花加工时需要考虑的一个很重要的问题就是电极的夹持以及绝缘的方法，由于本装置中电极既要有旋转运动还要能传递高频的超声，因此对电极夹持和绝缘要求较高。因此本发明利用了铝、镁、钛及其合金制成的夹具(表面氧化绝缘处理)夹持电极后再固定在刀柄上的方法。夹具也可采用陶瓷材料制成，表面不需作氧化处理。