一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统技术方案

本实用新型专利技术公开的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机身主体，机身主体由机座和设置于机座上的立柱构成；机座上有X轴方向进给单元，X轴方向进给单元连接Y轴方向进给单元，Y轴方向进给单元上有XY平面微调平单元，XY平面微调平单元上有超声振动平台，超声振动平台上有工作台；立柱上有Z轴方向进给单元、主轴单元；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。本实用新型专利技术的超声作用下微细切削加工系统实现了硬脆材料塑性域的微细切削加工。

Micro machining system for hard brittle material under ultrasonic action

Micro machining system for ultrasonic action of a hard brittle material of the utility model discloses the detection by mechanical integration mechanism and a control mechanism through a connecting structure; mechanical detection integration mechanism comprises a main body, a column body composed of a base and arranged on the frame; a X axis feed unit base on X the direction of the axis of the feed unit is connected with the Y axis feed unit, Y axis trimming XY plane level unit feed unit, ultrasonic vibration platform XY flat plane trimming unit, working table with ultrasonic vibration platform; Z axis direction feeding unit, spindle unit column; X axis direction feed unit, Y axis feed unit, XY unit and flat plane trimming ultrasonic vibration platform through the chain B is connected with the control mechanism, Z axis feed unit, spindle unit through the towline A and control mechanism. Answer. The utility model has the advantages that the micro cutting system realizes the micro cutting of the hard and brittle material plastic domain.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于材料加工
，具体涉及一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。本技术的特点还在于：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。Y轴方向进给单元，包括有纵向进给托架；纵向进给托架，包括有固定于X轴拖板上部的矩形纵向支撑板，且矩形纵向支撑板与横向进给托架垂直；在矩形纵向支撑板的上表面上靠近两相对的长边处各设置一条Y轴精密导轨，矩形纵向支撑板的一长侧面上设置有Y轴方向精密光栅尺内的标尺光栅；矩形纵向支撑板两相对短边上各垂直设置一个轴承座b，两个轴承座b的轴孔之间连接有Y轴方向精密滚珠丝杠；Y轴方向精密滚珠丝杠的一端通过Y轴进给联轴器与Y轴伺服电机连接，Y轴伺服电机与电机驱动电源连接，且Y轴伺服电机设置于马达座b上，马达座b设置于矩形纵向支撑板上且与一个轴承座b连为一体；Y轴方向精密滚珠丝杠上套接有Y轴方向滚珠丝杠螺母，Y轴方向滚珠丝杠螺母的螺母座与竖直设置的Y轴拖板连为一体，Y轴拖板的上部设置有XY平面微调平单元，Y轴拖板的下部连接滑块b，滑块b能在两条Y轴精密导轨上滑动；Y轴拖板上设置有光栅读数头支座b，Y轴方向精密光栅尺内的光栅读数头设置于光栅读数头支座b上，且Y轴方向精密光栅尺内的光栅读数头与计算机连接；由Y轴伺服电机通过Y轴进给联轴器把转动传递给Y轴方向精密滚珠丝杠一起转动，Y轴方向精密滚珠丝杠的转动通过Y轴方向滚珠丝杠螺母转变为Y轴拖板沿两条Y轴精密导轨在Y轴方向精密直线进给，Y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Y轴方向进给量进行检测。XY平面微调平单元，包括有调平柔性铰链，超声振动平台设置于调平柔性铰链上；调平柔性铰链内设置有两个机械封装式压电陶瓷，每个机械封装式压电陶瓷均与机械封装式压电陶瓷驱动电源连接，分别驱动两个机械封装式压电陶瓷能产生微位移，用以实现XY平面相对水平。机械封装式压电陶瓷的型号为PST150VS250。工作台，包括有工作台主体，工作台主体的上表面保持水平，且在工作台主体的上表面上设置有用于夹持待加工工件的夹具，工作台主体的下表面与超声振动平台连接，经计算机和超声控制电源的控制，得到超声振动平台能带动工作台主体实现X、Y轴方向的超声振动，在微细切削加工中加载超声作用，提高切削加工质量。Z轴方向进给单元，包括有两条Z轴精密导轨，且两条Z轴精密导轨分别固定于立柱一侧面上两相对的侧边处，Z轴方向精密光栅尺内的标尺光栅靠近一条Z轴精密导轨设置；两条Z轴精密导轨之间平行的架设有一根Z轴方向精密滚珠丝杠，Z轴方向精密滚珠丝杠的一端通过Z轴进给联轴器连接Z轴伺服电机，Z轴伺服电机与电机驱动电源连接，Z轴伺服电机设置于马达座c上，马达座c固定于立柱上；Z轴方向精密滚珠丝杠上套接有Z轴方向滚珠丝杠螺母，Z轴方向滚珠丝杠螺母的螺母座与竖直设置的Z轴拖板连接，Z轴拖板的下部连接滑块c，且滑块c能在两条Z轴精密导轨上滑动；Z轴拖板上设置有光栅读数头支座c，Z轴方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，由机械‑检测一体化机构及控制机构经连接构成；所述机械‑检测一体化机构，包括有机身主体，所述机身主体由水平设置的机座(6)和垂直设置于机座(6)上表面上的立柱(32)构成；所述座(6)的上表面上设置有X轴方向进给单元，所述X轴方向进给单元上连接有Y轴方向进给单元，所述Y轴方向进给单元上设置有XY平面微调平单元，所述XY平面微调平单元上设置有超声振动平台(25)，所述超声振动平台(25)上设置有工作台；所述立柱(32)上分别设置有Z轴方向进给单元、主轴单元，且所述Z轴方向进给单元与主轴单元连接；所述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(25)均通过拖链b(55)与控制机构连接，所述Z轴方向进给单元、主轴单元均通过拖链a(29)与控制机构连接。

【技术特征摘要】
1.一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，由机械-检测一体化机构及控制机构经连接构成；所述机械-检测一体化机构，包括有机身主体，所述机身主体由水平设置的机座(6)和垂直设置于机座(6)上表面上的立柱(32)构成；所述座(6)的上表面上设置有X轴方向进给单元，所述X轴方向进给单元上连接有Y轴方向进给单元，所述Y轴方向进给单元上设置有XY平面微调平单元，所述XY平面微调平单元上设置有超声振动平台(25)，所述超声振动平台(25)上设置有工作台；所述立柱(32)上分别设置有Z轴方向进给单元、主轴单元，且所述Z轴方向进给单元与主轴单元连接；所述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(25)均通过拖链b(55)与控制机构连接，所述Z轴方向进给单元、主轴单元均通过拖链a(29)与控制机构连接。2.根据权利要求1所述的一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述控制机构，包括有计算机(1)，所述计算机(1)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；所述计算机(1)还分别通过导线与一维微纳米移动平台用驱动控制电源(2)、机械封装式压电陶瓷驱动电源(3)、电机驱动电源(4)及超声控制电源(5)连接；所述一维微纳米移动平台用驱动控制电源(2)通过导线与Z轴方向进给单元连接，所述机械封装式压电陶瓷驱动电源(3)通过导线与XY平面微调平单元连接，所述电机驱动电源(4)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，所述超声控制电源(5)通过导线与超声振动平台(25)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(29)中，作为所述控制机构与所述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(55)内，作为所述控制机构与所述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(25)之间的连接线。3.根据权利要求1或2所述的一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述X轴方向进给单元，包括有横向进给托架(9)；横向进给托架(9)，包括有矩形横向支撑板，且所述矩形横向支撑板在机座(6)的上表面上沿X轴方向固定设置；在所述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(14)，所述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(11)内的标尺光栅，所述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(50)，两个所述轴承座a(50)的轴孔之间连接有X轴方向精密滚珠丝杠(15)；所述X轴方向精密滚珠丝杠(15)的一端通过X轴进给联轴器(8)与X轴伺服电机(7)连接，所述X轴伺服电机(7)与电机驱动电源(4)连接，所述X轴伺服电机(7)固定于马达座a(46)上，所述马达座a(46)固定于机座(6)的上表面，且所述马达座a(46)与一个轴承座a(50)连为一体；所述X轴方向精密滚珠丝杠(15)上套接有X轴方向滚珠丝杠螺母(13)，所述X轴方向滚珠丝杠螺母(13)的螺母座与竖直设置的X轴拖板(12)连为一体，所述X轴拖板(12)的上部与Y轴方向进给单元连接，所述X轴拖板(12)的下部与滑块a(48)连接，且所述滑块a(48)能在两条X轴精密导轨(14)上滑动，所述X轴拖板(12)上设置有X轴光栅读数头支座a(44)，所述X轴方向精密光栅尺(11)内的光栅读数头设置于X轴光栅读数头支座a(44)上，且所述X轴方向精密光栅尺(11)内的光栅读数头与计算机(1)连接；由所述X轴伺服电机(7)通过X轴进给联轴器(8)把转动传递给X轴方向精密滚珠丝杠(15)一起转动，所述X轴方向精密滚珠丝杠(15)的转动通过X轴方向滚珠丝杠螺母(13)转变为X轴拖板(12)沿两条X轴精密导轨(14)在X轴方向精密直线进给，所述X轴方向精密光栅尺(11)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。4.根据权利要求3所述的一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述Y轴方向进给单元，包括有纵向进给托架(21)；所述纵向进给托架(21)，包括有固定于X轴拖板(12)上部的矩形纵向支撑板，且所述矩形纵向支撑板与横向进给托架(9)垂直；在所述矩形纵向支撑板的上表面上靠近两相对的长边处各设置一条Y轴精密导轨(17)，所述矩形纵向支撑板的一长侧面上设置有Y轴方向精密光栅尺(20)内的标尺光栅；所述矩形纵向支撑板两相对短边上各垂直设置一个轴承座b(51)，两个所述轴承座b(51)的轴孔之间连接有Y轴方向精密滚珠丝杠(18)；所述Y轴方向精密滚珠丝杠(18)的一端通过Y轴进给联轴器(16)与Y轴伺服电机(10)连接，所述Y轴伺服电机(10)与电机驱动电源(4)连接，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淑娟，丁子成，卜文浩，柴鹏，郭伟超，王超，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61