[实用新型]一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统

说明书

技术领域

本实用新型属于材料加工技术领域，具体涉及一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统。

背景技术

硬脆材料由于具有优于普通材料的特殊性能，使其在航空航天等高精尖领域的应用越来越广泛。

常见的硬脆材料主要有：石英玻璃、碳化硅、硅、陶瓷等。与普通材料相比，硬脆材料具有高硬度、高热导率、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、不易氧化腐蚀及低热膨胀系数的优点。但是，由于硬脆材料自身具有明显的硬脆性，导致常规的切削加工非常困难。

近些年来，有学者研究证实：可以在微小尺度实现这些材料的塑性域切削加工，且在超声作用下可以大大提高其切削加工表面质量，得到较好加工质量的零件，其原理在于：在超声振动作用下连续冲击切削，当切削深度小于该材料的塑脆转变的临界切削深度时可实现类似于常规金属材料一样的塑性切削加工，刀具压力较低、切削应力和切削热较小，不会产生变形和烧伤，加工精度较高，可达到±0.02mm～0.05mm，表面粗糙度可达Ra0.16μm，大大降低表面缺陷。

塑脆转变的临界切削深度为微米级、纳米级，因此，针对这些硬脆材料的在超声作用下微细切削加工设计出一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统非常重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，解决了硬脆材料塑性域微细切削加工困难的问题，能实现对不同的硬脆材料在其塑性域的微细切削加工。

本实用新型所采用的技术方案是，一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，由机械-检测一体化机构及控制机构经连接构成；机械-检测一体化机构，包括有机身主体，机身主体由水平设置的机座和垂直设置于机座上表面上的立柱构成；座的上表面上设置有X轴方向进给单元，X轴方向进给单元上连接有Y轴方向进给单元，Y轴方向进给单元上设置有XY平面微调平单元，XY平面微调平单元上设置有超声振动平台，超声振动平台上设置有工作台；立柱上分别设置有Z轴方向进给单元、主轴单元，且Z轴方向进给单元与主轴单元连接；X轴方向进给单元、Y轴方向进给单元、XY平面微调平单元及超声振动平台均通过拖链b与控制机构连接，Z轴方向进给单元、主轴单元均通过拖链a与控制机构连接。

本实用新型的特点还在于：

控制机构，包括有计算机，计算机分别通过导线与X轴方向进给单元、Y轴方向进给单元、Z轴方向进给单元连接；计算机还分别通过导线与一维微纳米移动平台用驱动控制电源、机械封装式压电陶瓷驱动电源、电机驱动电源及超声控制电源连接；一维微纳米移动平台用驱动控制电源通过导线与Z轴方向进给单元连接，机械封装式压电陶瓷驱动电源通过导线与XY平面微调平单元连接，电机驱动电源分别通过导线与X轴方向进给单元、Y轴方向进给单元、Z轴方向进给单元及主轴单元连接，超声控制电源通过导线与超声振动平台连接；上述用到所有导线分成两部分：一部分导线设置于拖链a中，作为控制机构与Z轴方向进给单元及主轴单元的连接线，另一部分导线设置于拖链b内，作为控制机构与X轴方向进给单元、Y轴方向进给单元、XY平面微调平单元及超声振动平台之间的连接线。

X轴方向进给单元，包括有横向进给托架；横向进给托架，包括有矩形横向支撑板，且矩形横向支撑板在机座的上表面上沿X轴方向固定设置；在矩形横向支撑板的上表面上靠近两相对的长边处各设置一条X轴精密导轨，矩形横向支撑板的一长侧面上设置有X轴方向精密光栅尺内的标尺光栅，矩形横向支撑板上表面上两相对短边上各垂直设置一个轴承座a，两个轴承座a的轴孔之间连接有X轴方向精密滚珠丝杠；X轴方向精密滚珠丝杠的一端通过X轴进给联轴器与X轴伺服电机连接，X轴伺服电机与电机驱动电源连接，X轴伺服电机固定于马达座a上，马达座a固定于机座的上表面，且马达座a与一个轴承座a连为一体；X轴方向精密滚珠丝杠上套接有X轴方向滚珠丝杠螺母，X轴方向滚珠丝杠螺母的螺母座与竖直设置的X轴拖板连为一体，X轴拖板的上部与Y轴方向进给单元连接，X轴拖板的下部与滑块a连接，且滑块a能在两条X轴精密导轨上滑动，X轴拖板上设置有X轴光栅读数头支座a，X轴方向精密光栅尺内的光栅读数头设置于X轴光栅读数头支座a上，且X轴方向精密光栅尺内的光栅读数头与计算机连接；由X轴伺服电机通过X轴进给联轴器把转动传递给X轴方向精密滚珠丝杠一起转动，X轴方向精密滚珠丝杠的转动通过X轴方向滚珠丝杠螺母转变为X轴拖板沿两条X轴精密导轨在X轴方向精密直线进给，X轴方向精密光栅尺内的标尺光栅和光栅读数头相互配合，用于实现对X轴方向进给量进行检测。