一種五軸三維超聲拋光機床制造技術

一種五軸三維超聲拋光機床的，在現有由機架、X向移動機構、Y向移動機構、Z向移動機構、超聲振動拋光裝置、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置組成的五軸二維超聲拋光機床的基礎上加以改進，將其超聲振動拋光裝置由原來采用一維超聲振動變為采用二維超聲振動，二維超聲振動由安裝在立式旋轉臺上、通過工位調節孔可調節其夾角的兩個超聲裝置和與超聲裝置的變幅桿相接的拋光頭基座完成，拋光頭固定在基座上。該超聲拋光機床在拋光頭上施加二維超聲振動，通過二維超聲耦合不僅可提高拋光功率，而且使拋光頭的運動軌跡以曲線往復繞行形式均勻覆蓋加工區域，使拋光效率明顯提高。

Five axis 3D ultrasonic polishing machine tool

A five axis 3D ultrasonic polishing machine, five axis two-dimensional ultrasound in existing from the rack, X moving mechanism, Y moving mechanism, Z moving mechanism, ultrasonic vibration polishing device, rotary table, polishing liquid ultrasonic atomizing liquid application device and the workpiece on-line detecting device of polisher bed the improvement of ultrasonic vibration polishing device by using ultrasonic vibration into the original one-dimensional two-dimensional ultrasonic vibration, ultrasonic vibration by mounted on a vertical rotary table, the polishing head base two ultrasonic device position adjusting hole can adjust its angle and horn and ultrasonic device connected to the polishing head is fixed on the base. On. The ultrasonic polishing machine is applied in two dimensional ultrasonic vibration polishing head, through two-dimensional ultrasonic coupling can not only improve the polishing power, and make the trajectory of the polishing head is evenly covered processing area to bypass curve reciprocating form, so that the polishing efficiency is improved obviously.

【技術實現步驟摘要】
一種五軸三維超聲拋光機床
本技術涉及拋光機械，特別是一種用于復雜曲面拋光加工的五軸三維超聲拋光機床。
技術介紹
隨著工業技術的發展，硬脆材料在航空航天、汽車、模具、光學以及半導體等領域展現出廣闊的應用前景。光學玻璃常被用來制作偵查衛星照相機鏡頭、隱形雷達探照鏡、高速飛行器窗口、天文望遠鏡的大型反射鏡以及激光發射裝置中的光學透鏡、棱鏡等。硬脆材料光學元件常規切削加工非常困難，通常通過超精密研磨、拋光及超精密磨削加工獲得，但該方式加工時間長，加工成本較高。為解決這一加工難題，20世紀初一種超聲拋光加工方法開始應用于工業領域。超聲拋光可減小切削力和切削溫度，減小刀具磨損，提高加工質量，拓展可加工材料范圍，特別適合加工玻璃、陶瓷、石英、金剛石以及硅等各種硬脆材料。為解決目前各種超聲拋光機床存在的包括拋光頭軸線方向與復雜曲面元件拋光點的法線方向不重合導致的因拋光頭與工件表面接觸應力不均勻影響工件表面拋光精度；拋光過程中拋光頭在最大彈性壓縮深度時對工件表面易產生損傷；工件浸泡在拋光液中使超聲傳遞的能量被分散，傳遞給拋光液中磨粒的能量較少，加工效率較低；拋光過程中工件離線檢測反復安裝產生的定位誤差對加工質量和效率的不利影響等諸多技術問題，本申請人曾在申請號為201611119653.7的中國專利申請說明書中披露了一種曲面加工用五軸二維超聲拋光機床。該機床由機架、XYZ三維移動機構、旋轉式超聲振動拋光裝置、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置組成。用其拋光光學復雜曲面元件時，將元件的表面形狀參數轉化為拋光頭的走刀文件，通過運動學反解獲得機床的數控程序，通過程序控制系統使機床五軸聯動(三維移動和二維轉動)，使拋光頭軸線方向與工件拋光點的法線始終保持重合；根據拋光需要的霧化程度確定拋光液超聲霧化施液裝置使用的超聲波頻率；旋轉式超聲振動拋光裝置的振幅根據拋光液霧化施液裝置和被加工工件的技術參數以及工件最大彈性壓縮深度時的臨界沖擊速度和臨界切削速度按計算公式求得；由工件在線檢測裝置對工件曲面進行在線檢測。該超聲拋光機床雖然解決了現有超聲拋光機床存在的上述技術問題，但因施加在主軸上的一維超聲振動只能使拋光頭沿主軸方向做往復直線運動，拋光功率較低，同時因拋光加工時拋光頭的運動軌跡在復雜曲面上僅為單一的點，加工效率不夠高。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種拋光功率和拋光加工效率比上述五軸二維超聲拋光機床更高的五軸三維超聲拋光機床。本技術五軸三維超聲拋光機床，其超聲振動拋光裝置由原來的一維超聲振動改為二維超聲振動，其余部分，包括機架、X向移動機構、Y向移動機構、Z向移動機構、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置均和五軸二維超聲拋光機床相同。本技術五軸三維超聲拋光機床，包括機架、X向移動機構、Y向移動機構、Z向移動機構、超聲振動拋光裝置、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置；其中Z向移動機構位于機架的床身上，X向移動機構和Y向移動機構位于機架的機座上；所述機架包括機座和垂直固定在機座上的床身；所述Z向移動機構位于機架的床身上，X向移動機構和Y向移動機構位于機架的機座上；所述Z向移動機構包括固定安裝在所述床身的前壁上、前部帶有Z向導軌的Z向導軌座，可沿Z向導軌做Z向移動的Z向移動臺，驅動Z向移動臺做Z向移動的Z向移動絲杠和驅動Z向移動絲杠轉動的Z向伺服電機；所述Y向移動機構包括固定安裝在所述機座上、上部帶有Y向導軌的Y向導軌座，可沿Y向導軌做Y向移動的Y向移動臺，驅動Y向移動臺做Y向移動的Y向移動絲杠和驅動Y向移動絲杠轉動的Y向伺服電機，Y向移動臺上有X向導軌；所述X向移動機構包括可沿所述Y向移動臺面上的X向導軌做X向移動的X向移動臺，驅動X向移動臺做X向移動的X向移動絲杠和驅動X向移動絲杠轉動的X向伺服電機；所述旋轉工作臺包括固定安裝在所述X向移動臺上的機殼，在機殼的上部有放置被加工工件的臥式旋轉臺，在機殼的內部安裝有驅動臥式旋轉臺做臥式旋轉的臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構，在機殼的側部有驅動臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構的伺服電機；所述拋光液超聲霧化施液裝置包括固定安裝在所述機座一側的五軸機械手，該五軸機械手的前端安裝有向工件拋光部位噴灑拋光液的超聲噴頭；所述工件在線檢測裝置包括固定安裝在所述機座另一側的五軸機械手，該五軸機械手的前端安裝有檢測工件拋光面形精度的激光干涉測頭；所述超聲振動拋光裝置包括立式轉動機構和二維超聲拋光機構；所述立式轉動機構包括固定安裝在所述Z向移動臺上的箱式殼體，在箱式殼體的前部有立式旋轉臺，在箱式殼體的內部安裝有驅動立式旋轉臺做立式旋轉(繞Y向轉動)的立式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構，在箱式殼體的上部有驅動立式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構的伺服電機；所述二維超聲拋光機構包括固定安裝在所述立式旋轉臺上的直角形固定板，在固定板的水平板下面有對稱分布的工位調節孔，通過工位調節孔安裝兩個左右對稱、用于調節兩個超聲振動裝置軸向夾角的超聲裝置固定板，兩個超聲振動裝置固定板上分別安裝超聲振動裝置I和超聲振動裝置II，超聲振動裝置I和超聲振動裝置II分別由換能器和變幅桿組成，超聲振動裝置I和超聲振動裝置II的變幅桿的前端分別與設有和所述工位調節孔相配合的變幅桿連接孔的弧形拋光頭基座相接，拋光頭安裝在拋光頭基座上。上述五軸三維超聲拋光機床的使用方法，包括以下步驟：1)將被加工工件(光學復雜曲面元件)表面的形狀參數轉化為拋光頭的走刀文件，通過運動學反解獲得機床的數控程序，通過程序控制系統使機床五軸聯動(三維移動和二維轉動)，使拋光頭軸線方向與工件拋光點的法線方向始終保持重合；2)通過拋光頭的主軸位姿反解得到拋光液超聲霧化施液裝置五軸機械手的數控程序，使其與拋光頭實現隨動，并使拋光液噴射方向與工件拋光點法線方向的夾角保持45±5度；3)根據拋光需要的霧化程度(液滴的直徑)確定拋光液超聲霧化施液裝置使用的超聲波頻率f3(由噴頭產品的標定函數給出)；4)根據工件拋光需要選擇超聲振動裝置I和超聲振動裝置II的超聲振動頻率f1和f2、超聲振動振幅A1和A2、超聲振動初相位θ1和θ2和超聲振動裝置I和超聲振動裝置II的軸向夾角α，夾角α通過固定板下面的工位調節孔和與之對應的拋光頭基座上的變幅桿連接孔進行調節，α的取值為：30°、45°、60°、90°中的一種30°、45°、60°、90°振幅A1、A2的取值范圍為：10μm≤A1≤30μm，頻率f1、f2的取值范圍為：20kHz≤f1≤55kHz，并使θ1和θ2兩相位的相位差θ＝|θ1-θ2|的取值范圍為：[0°，20°]∪[70°，90°]；5)拋光過程中，當工件曲面加工精度需檢測時，通過Y向移動機構將工件退出加工區，由工件在線檢測裝置對工件曲面進行檢測，根據檢測結果，如需繼續進行拋光，通過Y向移動機構將工件退回加工區，繼續進行拋光加工。與
技術介紹
所述五軸二維超聲拋光機床相比較，本技術的有益效果是：1、本技術在拋光頭上施加二維超聲振動，不僅可提高拋光功率，而且通過二維超聲振動振動方向、振幅、頻率和相位差的調節，經耦合后可使拋光頭的運動軌跡以曲線往復繞行形式均勻覆蓋加工區域，拋光面積增大，拋光效率明顯提高。2、同樣，本技術通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種五軸三維超聲拋光機床，包括機架、X向移動機構、Y向移動機構、Z向移動機構、超聲振動拋光裝置、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置；其中Z向移動機構位于機架的床身(1)上，X向移動機構和Y向移動機構位于機架的機座(17)上；所述機架包括機座(17)和垂直固定在機座上的床身(1)；所述Z向移動機構包括固定安裝在所述床身的前壁上、前部帶有Z向導軌(26)的Z向導軌座(3)，可沿Z向導軌做Z向移動的Z向移動臺(25)，驅動Z向移動臺做Z向移動的Z向移動絲杠(4)和驅動Z向移動絲杠轉動的Z向伺服電機(2)；所述Y向移動機構包括固定安裝在所述機座上、上部帶有Y向導軌(16)的Y向導軌座(15)，可沿Y向導軌做Y向移動的Y向移動臺(12)，驅動Y向移動臺做Y向移動的Y向移動絲杠(14)和驅動Y向移動絲杠轉動的Y向伺服電機(13)，Y向移動臺上有X向導軌(21)；所述X向移動機構包括可沿所述Y向移動臺面上的X向導軌(21)做X向移動的X向移動臺(22)，驅動X向移動臺做X向移動的X向移動絲杠(20)和驅動X向移動絲杠轉動的X向伺服電機(19)；所述旋轉工作臺包括固定安裝在所述X向移動臺(22)上的機殼(11)，在機殼的上部有放置被加工工件(8)的臥式旋轉臺(9)，在機殼的內部安裝有驅動臥式旋轉臺做臥式旋轉的臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構(10)，在機殼的側部有驅動臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構的伺服電機(23)；所述拋光液超聲霧化施液裝置包括固定安裝在所述機座一側的五軸機械手(7)，該五軸機械手的前端安裝有向工件拋光部位噴灑拋光液的超聲噴頭(6)；所述工件在線檢測裝置包括固定安裝在所述機座另一側的五軸機械手(18)，該五軸機械手的前端安裝有檢測工件拋光面形精度的激光干涉測頭(24)；其特征在于：所述超聲振動拋光裝置(5)包括立式轉動機構和二維超聲拋光機構；所述立式轉動機構包括固定安裝在所述Z向移動臺(22)上的箱式殼體(501)，在箱式殼體的前部有立式旋轉臺(502)，在箱式殼體的內部安裝有驅動立式旋轉臺做立式旋轉的立式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構(503)，在箱式殼體的上部有驅動立式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構的伺服電機(504)；所述二維超聲拋光機構包括固定安裝在所述立式旋轉臺上的直角形固定板(505)，在固定板的水平板下面有對稱分布的工位調節孔(506)，通過工位調節孔安裝兩個左右對稱、用于調節兩個超聲振動裝置軸向夾角的超聲振動裝置固定板(507、508)，兩個?超聲振動裝置固定板上分別安裝超聲振動裝置Ⅰ(509)和超聲振動裝置Ⅱ(510),超聲振動裝置Ⅰ和超聲振動裝置Ⅱ分別由換能器(5091、5101)和變幅桿(5092、5102)組成，超聲振動裝置Ⅰ和超聲振動裝置Ⅱ的變幅桿(5092、5102)的前端分別與設有和所述工位調節孔相配合的變幅桿連接孔(511)的弧形拋光頭基座(512)相接，拋光頭(513)安裝在拋光頭基座上。...

【技術特征摘要】
1.一種五軸三維超聲拋光機床，包括機架、X向移動機構、Y向移動機構、Z向移動機構、超聲振動拋光裝置、旋轉工作臺、拋光液超聲霧化施液裝置和工件在線檢測裝置；其中Z向移動機構位于機架的床身(1)上，X向移動機構和Y向移動機構位于機架的機座(17)上；所述機架包括機座(17)和垂直固定在機座上的床身(1)；所述Z向移動機構包括固定安裝在所述床身的前壁上、前部帶有Z向導軌(26)的Z向導軌座(3)，可沿Z向導軌做Z向移動的Z向移動臺(25)，驅動Z向移動臺做Z向移動的Z向移動絲杠(4)和驅動Z向移動絲杠轉動的Z向伺服電機(2)；所述Y向移動機構包括固定安裝在所述機座上、上部帶有Y向導軌(16)的Y向導軌座(15)，可沿Y向導軌做Y向移動的Y向移動臺(12)，驅動Y向移動臺做Y向移動的Y向移動絲杠(14)和驅動Y向移動絲杠轉動的Y向伺服電機(13)，Y向移動臺上有X向導軌(21)；所述X向移動機構包括可沿所述Y向移動臺面上的X向導軌(21)做X向移動的X向移動臺(22)，驅動X向移動臺做X向移動的X向移動絲杠(20)和驅動X向移動絲杠轉動的X向伺服電機(19)；所述旋轉工作臺包括固定安裝在所述X向移動臺(22)上的機殼(11)，在機殼的上部有放置被加工工件(8)的臥式旋轉臺(9)，在機殼的內部安裝有驅動臥式旋轉臺做臥式旋轉的臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構(10)，在機殼的側部有驅動臥式旋轉蝸輪蝸桿傳動機構的伺服電機(23)；所述拋光液超聲霧化施液裝置包括固定安裝在所述機座一側的五軸機械手(7)，該五軸機械手的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安久賀，張濤，卞希帥，楊曉喆，陳東奇，于天彪，趙繼，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：新型
國別省市：遼寧,21