[发明专利]工具头作用空间为二次曲面的多维超声工具系统及方法

说明书

本发明涉及一种工具头作用空间为二次曲面的多维超声工具系统及方法，属于机械制造领域。X向移动装置横向固定安装在底座后方的两凸台上，X向移动装置的电机位于X向移动装置主体的左侧，Y向移动装置纵向固定安装在底座上，Y向移动装置的电机位于X向移动装置下方两凸台间的空隙中，夹具固定安装在Y向移动装置的溜板上，Z向移动装置竖向固定安装在X向移动装置的溜板上，超声工具头固定安装在Z向移动装置的溜板上，且超声工具头位于夹具的上方。本发明优点是使工具头在超声振子作用下输出的运动轨迹多样，提高了加工精度和加工效率，延长了刀具的使用寿命，可以加工更多的传统机床无法加工的复杂曲面。

技术领域

本发明属于机械制造领域，尤其涉及一种工具头作用空间为二次曲面的多维超声工具系统及控制方法。

背景技术

随着航空航天、生物医学、国防、科学仪器、能源等重大领域的飞速发展，各个领域对元器件的精度要求，尤其元器件的表面精度要求越来越高。为获得所需的高精度的光滑表面的元器件，近年来国内外的一些学者对超声振动加工这一技术领域进行了大量的研究，其中包括一维超声振动加工，二维超声振动加工，三维超声振动加工等，尽管众学者在超声振动加工机床上得出了很多的研究成果，但目前的超声振动加工机床仍存在超声振动工具刀头运动切削轨迹单一，刀具切削受力方向变化小，使得刀具使用寿命偏短，甚至整个机床的使用寿命短，加工精度相对低等缺点。

发明内容

本发明提供一种工具头作用空间为二次曲面的多维超声工具系统及方法，以解决现有技术中由超声振子产生的工具刀头的运动轨迹单一且不能在任意平面内产生椭圆运动轨迹的问题，以及现有的超声切削加工机床刀具，切削点和切削力方向变化小的问题。

本发明采取的技术方案是：

包括超声工具头、Z向移动装置、X向移动装置、底座、Y向移动装置、夹具，所述X向移动装置横向固定安装在底座后方的两凸台上，所述X向移动装置的电机位于X向移动装置主体的左侧，所述Y向移动装置纵向固定安装在底座上，所述Y向移动装置的电机位于X向移动装置下方两凸台间的空隙中，所述夹具固定安装在Y向移动装置的溜板上，所述Z向移动装置竖向固定安装在X向移动装置的溜板上，所述超声工具头固定安装在Z向移动装置的溜板上，且超声工具头位于夹具的上方。

所述超声工具头的结构是，包括工具头支架、周向转动伺服电机、竖向超声振子、X向超声振子、柔性铰链组件、Y向超声振子、超声振子支座、轴承盖、径向移动伺服电机、径移小齿轮、内转盘组件、径移大齿轮、上球铰组件、内齿圈、直线导轨、滚珠丝杠和周转齿轮，其中内转盘组件固定安装在工具头支架的水平安装板上，轴承盖通过螺栓固定安装在工具头支架上，且将内转盘组件固定在工具头支架的水平安装板上，周向转动伺服电机固定安装在内转盘组件的内转盘的上侧，周向转动伺服电机的输出轴穿过内转盘上部孔，周转齿轮固定安装在周向转动伺服电机的输出轴上，周转齿轮位于内转盘的下侧，内齿圈固定安装在工具头支架的水平安装板下侧的内齿圈安装槽内，所述内齿圈与周转齿轮相啮合，径向移动伺服电机水平固定安装在内转盘的上侧，所述径移小齿轮固定安装在径向移动伺服电机的输出轴上，所述滚珠丝杠通过其两端的轴承座固定安装在内转盘的下侧的安装槽内，径移大齿轮连接在滚珠丝杠的靠近内转盘中心的一端，所述径移大齿轮与径移小齿轮相啮合，两条直线导轨分别固定安装在滚珠丝杠的两侧，且与滚珠丝杠平行，所述直线导轨上滑动连接有滑块，滑块上固定连接有溜板，所述溜板与滚珠丝杠上的滚柱螺母固定连接，上球铰组件的球铰座固定安装在溜板上，竖向超声振子的一端通过螺栓固定连接在上球铰组件的球头装置的下端的连接板上，另一端通过螺纹连接连接在刀具的上端，工具头支架的水平安装板的下端面的前侧和左侧分别连接有一个超声振子支座，Y向超声振子通过螺栓固定安装在前侧的超声振子支座下端的安装孔上，X向超声振子通过螺栓固定安装在左侧的超声振子支座下端的安装孔上，X向超声振子和Y向超声振子的里端通过螺纹固定连接在柔性铰链组件的柔性铰链的两个连接孔内，X向超声振子和Y向超声振子的轴线相交于上球铰组件的球头装置的球心。