本发明公开了一种三摆角超声加工装置及其加工方法。目前存在超声加工装置也明显存在着自由度不足，摆角不足。本发明一种多摆角超声加工装置，包括机架、第一光轴、第一横移滑动架、第一横移驱动件、竖移滑动架、竖移驱动件、第二横移滑动架、第二横移驱动件、第三移动块、第三电机、两轴转动机构、超声主轴和旋转加工机构。超声主轴包括主轴电机、电刷环、支撑架、内套筒、绝缘套筒、电机盖、外套筒、换能器、变幅杆、法兰盘和底端固定盖。旋转加工机构包括旋转轴、工作台和第六电机。本发明解决了目前存在的超声加工装置只存在两个摆角和三个自由度的问题，能够实现对不同形状工件的加工。
1.一种三摆角超声加工装置，包括机架、第一光轴、第一横移滑动架、第一横移驱动件、竖移滑动架、竖移驱动件、第二横移滑动架、第二横移驱动件、第三移动块、第三电机、两轴转动机构、超声主轴和旋转加工机构；其特征在于：四根第一光轴均与机架固定；所述的第一横移滑动架包括第一移动块、第一连接杆和横移子滑架；所述的横移子滑架包括顶部滑块、底部滑块和两根第二光轴；两根第二光轴的顶端均与顶部滑块固定，底端均与底部滑块固定；横移子滑架共有两个；两根第一连接杆的一端均与其中一个横移子滑架内的顶部滑块固定，另一端均与另一个横移子滑架内的顶部滑块固定；两根第一连接杆的中部均与第一移动块固定；两个横移子滑架内的顶部滑块、底部滑块与四根第一光轴分别构成滑动副；
所述的竖移滑动架包括两个第二移动块和两根第二连接杆；两个第二连接杆的一端均与其中一个第二移动块固定，另一端均与另一个第二移动块固定；两个第二移动块与两个横移子滑架内的第二光轴分别构成滑动副；竖移滑动架由竖移驱动件驱动；
所述的第二横移滑动架包括两个环形滑盘、两个端部固定块和两根第三光轴；两根第三光轴的一端均与其中一个端部固定块固定，另一端均与另一个端部固定块固定；环形滑盘上开设有环形通槽；环形通槽的槽宽等于第三光轴的轴径；两个环形滑盘与两个第二移动块的底部分别固定；两根第三光轴的一端均穿过其中一个环形滑盘上的环形通槽，另一端均穿过另一个环形滑盘上的环形通槽；第三电机与其中一块第二移动块固定；第三电机的输出轴与其中一个端部固定块固定；第三移动块与两根第三光轴构成滑动副；第二横移滑动架由第二横移驱动件驱动；
所述的两轴转动机构包括第四电机、主轴支架和第五电机；所述主轴支架的顶部与第三移动块构成转动副；第四电机固定在第三移动块上；第四电机的输出轴与主轴支架固定；
所述的超声主轴包括主轴电机、电刷环、支撑架、内套筒、绝缘套筒、电机盖、外套筒、换能器、变幅杆、法兰盘和底端固定盖；所述的外套筒支承在主轴支架上，并与第五电机的输出轴固定；内套筒设置在外套筒内，且与外套筒通过轴承构成转动副；外套筒的顶端与电机盖固定；主轴电机与电机盖固定；主轴电机的输出轴与内套筒固定；内套筒的底端固定有底端固定盖；绝缘套筒通过法兰盘与底端固定盖固定；换能器及变幅杆均固定在绝缘套筒内；
变幅杆的外端端面上开设的螺纹孔与刀柱上的外螺纹螺纹连接；
所述的旋转加工机构包括旋转轴、工作台和第六电机；所述的旋转轴支承在机架的底部；第六电机与机架的底部固定；第六电机的输出轴与旋转轴的一端固定；工作台与旋转轴固定。
2.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的电机盖中心位置的通孔内固定有电刷环；固定在绝缘套筒上的电刷触头与电刷环的外侧壁接触；内套筒内壁上开设与通线孔；通线孔的孔壁上设置绝缘层；第一导电触头与通线孔内的绝缘层固定；第一导电触头与电刷触头通过导线连接；绝缘套筒的外侧壁固定有第二导电触头；第一导电触头与第二导电触头接触；第二导电触头与换能器的其中一个电极片通过导线连接；
换能器的另一个电极片与变幅杆通过导线连接；变幅杆与法兰盘接触；法兰盘、内套筒、轴承及外套筒均为导体；外套筒与超声发生器的地线端连接；电刷环与超声发生器的信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的第四电机、第五电机、第六电机的输出轴轴线两两相互垂直。
4.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的第一横移驱动件包括第一电机和第一丝杠；第一丝杠支承在机架的顶部；第一电机与机架的顶部固定；第一电机的输出轴与第一丝杠的一端固定；第一丝杠与固定在第一移动块上的第一螺母构成螺旋副。
5.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的竖移驱动件包括第二电机和第二丝杠；所述的竖移驱动件设置在其中一个横移子滑架上；第二丝杠支承该横移子滑架上；第二电机与该横移子滑架固定；第二电机的输出轴与第二丝杠的一端固定；第二丝杠与固定在竖移滑动架上的第二螺母构成螺旋副。
6.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的第二横移驱动件包括第七电机和第三丝杠；所述的第三丝杠支承在第二横移滑动架上；第七电机与第二横移滑动架固定；第七电机的输出轴与第三丝杠固定。
7.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述第一光轴、第二光轴、第三光轴的轴线两两相互垂直。
8.根据权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置，其特征在于：所述的超声主轴还包括对顶螺母；所述的对顶螺母旋在刀柱上，并压紧变幅杆。
9.如权利要求1所述的一种三摆角超声加工装置的加工方法，其特征在于：步骤一、将被加工工件装夹到工作台；换能器驱动变幅杆发生振动；
步骤二、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机转动，使得刀柱与被加工工件接触，并切削被加工工件；
步骤三、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机复位；在工作台上取下被加工工件。
一种三摆角超声加工装置及其加工方法
技术领域
[0001] 本发明属于硬脆材料成型加工技术领域，具体涉及一种三摆角超声加工装置及其加工方法。
背景技术
[0002] 现今，超声加工以其优越的加工性能被广泛运用于各种难以加工的的材料领域，与此同时，各种超声加工装置也应运而生，一般的超声加工装置主要包括声学系统，驱动装置和超声加工刀具部分。
[0003] 超声切割的实现一般是将刀具固定好位置和方向以后，由驱动装置带着超声刀具做往复运动，来针对某一种材料进行加工。但是，目前存在超声加工装置也明显存在着自由度不足，摆角不足，在针对不同种类的材料加工的时候，不能及时的调节到更好的加工角度，会导致加工质量变差，并导致生产成本的增加。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种三摆角超声加工装置及其加工方法。
[0005] 本发明一种多摆角超声加工装置，包括机架、第一光轴、第一横移滑动架、第一横移驱动件、竖移滑动架、竖移驱动件、第二横移滑动架、第二横移驱动件、第三移动块、第三电机、两轴转动机构、超声主轴和旋转加工机构。四根第一光轴均与机架固定。所述的第一横移滑动架包括第一移动块、第一连接杆和横移子滑架。所述的横移子滑架包括顶部滑块、底部滑块和两根第二光轴。两根第二光轴的顶端均与顶部滑块固定，底端均与底部滑块固定。横移子滑架共有两个。两根第一连接杆的一端均与其中一个横移子滑架内的顶部滑块固定，另一端均与另一个横移子滑架内的顶部滑块固定。两根第一连接杆的中部均与第一移动块固定。两个横移子滑架内的顶部滑块、底部滑块与四根第一光轴分别构成滑动副。第一横移滑动架由第一横移驱动件驱动。
[0006] 所述的竖移滑动架包括两个第二移动块和两根第二连接杆。两个第二连接杆的一端均与其中一个第二移动块固定，另一端均与另一个第二移动块固定。两个第二移动块与两个横移子滑架内的第二光轴分别构成滑动副。竖移滑动架由竖移驱动件驱动。
[0007] 所述的第二横移滑动架包括两个环形滑盘、两个端部固定块和两根第三光轴。两根第三光轴的一端均与其中一个端部固定块固定，另一端均与另一个端部固定块固定。环形滑盘上开设有环形通槽。环形通槽的槽宽等于第三光轴的轴径。两个环形滑盘与两个第二移动块的底部分别固定。两根第三光轴的一端均穿过其中一个环形滑盘上的环形通槽，另一端均穿过另一个环形滑盘上的环形通槽。第三电机与其中一块第二移动块固定。第三电机的输出轴与其中一个端部固定块固定。第三移动块与两根第三光轴构成滑动副。第二横移滑动架由第二横移驱动件驱动。
[0008] 所述的两轴转动机构包括第四电机、主轴支架和第五电机。所述主轴支架的顶部与第三移动块构成转动副。第四电机固定在第三移动块上。第四电机的输出轴与主轴支架固定。第五电机固定在主轴支架上。
[0009] 所述的超声主轴包括主轴电机、电刷环、支撑架、内套筒、绝缘套筒、电机盖、外套筒、换能器、变幅杆、法兰盘和底端固定盖。所述的外套筒支承在主轴支架上，并与第五电机的输出轴固定。内套筒设置在外套筒内，且与外套筒通过轴承构成转动副。外套筒的顶端与电机盖固定。主轴电机与电机盖固定。主轴电机的输出轴与内套筒固定。内套筒的底端固定有底端固定盖。绝缘套筒通过法兰盘与底端固定盖固定。换能器及变幅杆均固定在绝缘套筒内。变幅杆的外端端面上开设的螺纹孔与刀柱上的外螺纹螺纹连接。
[0010] 所述的旋转加工机构包括旋转轴、工作台和第六电机。所述的旋转轴支承在机架的底部。第六电机与机架的底部固定。第六电机的输出轴与旋转轴的一端固定。工作台与旋转轴固定。
[0011] 进一步地，所述的电机盖中心位置的通孔内固定有电刷环。固定在绝缘套筒上的电刷触头与电刷环的外侧壁接触。内套筒内壁上开设与通线孔。通线孔的孔壁上设置绝缘层。第一导电触头与通线孔内的绝缘层固定。第一导电触头与电刷触头通过导线连接。绝缘套筒的外侧壁固定有第二导电触头。第一导电触头与第二导电触头接触。第二导电触头与换能器的其中一个电极片通过导线连接。换能器的另一个电极片与变幅杆通过导线连接。变幅杆与法兰盘接触。法兰盘、内套筒、轴承及外套筒均为导体。外套筒与超声发生器的地线端连接。电刷环与超声发生器的信号输出端连接。
[0012] 进一步地，所述的第四电机、第五电机、第六电机的输出轴轴线两两相互垂直。
[0013] 进一步地，所述的第一横移驱动件包括第一电机和第一丝杠。第一丝杠支承在机架的顶部。第一电机与机架的顶部固定。第一电机的输出轴与第一丝杠的一端固定。第一丝杠与固定在第一移动块上的第一螺母构成螺旋副。
[0014] 进一步地，所述的竖移驱动件包括第二电机和第二丝杠。所述的竖移驱动件设置在其中一个横移子滑架上。第二丝杠支承该横移子滑架上。第二电机与该横移子滑架固定。第二电机的输出轴与第二丝杠的一端固定。第二丝杠与固定在竖移滑动架上的第二螺母构成螺旋副。
[0015] 进一步地，所述的第二横移驱动件包括第七电机和第三丝杠。所述的第三丝杠支承在第二横移滑动架上。第七电机与第二横移滑动架固定。第七电机的输出轴与第三丝杠固定。
[0016] 进一步地，所述第一光轴、第二光轴、第三光轴的轴线两两相互垂直。
[0017] 进一步地，所述的超声主轴还包括对顶螺母。所述的对顶螺母旋在刀柱上，并压紧变幅杆。
[0018] 该三摆角超声加工装置的加工方法具体如下：
[0019] 步骤一、将被加工工件装夹到工作台。换能器驱动变幅杆发生振动。
[0020] 步骤二、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机转动，使得刀柱与被加工工件接触，并切削被加工工件。
[0021] 步骤三、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机复位。在工作台上取下被加工工件。
[0022] 本发明具有的有益效果是：
[0023] 1、本发明通过变幅杆振动实现对工件的加工，能够加工精度高。
[0024] 2、本发明解决了目前存在的超声加工装置只存在两个摆角和三个自由度的问题，能够实现对不同形状工件的加工。
[0025] 3、本发明通过多摆角和多种联动同时作用，随时针对不同材料获得最佳的加工角度，并且可以对不同形状的零件实现更好的加工质量。
[0026] 4、本发明对复杂工件有较好的加工质量。
附图说明
[0027] 图1是本发明的整体结构立体图；
[0028] 图2是本发明的侧面示意图；
[0029] 图3是本发明中第二横移滑动架的示意图；
[0030] 图4是本发明的主轴整体结构剖面配合图。
具体实施方式
[0031] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0032] 如图1和2所示，一种三摆角超声加工装置，包括机架15、第一光轴组、第一横移滑动架、第一横移驱动件、竖移滑动架3、竖移驱动件、第二横移滑动架、第二横移驱动件、第三移动块7、第三电机9、两轴转动机构、超声主轴12和旋转加工机构。
[0033] 第一光轴组包括两根第一光轴19。水平设置的两根第一光轴19上下排列，且均与机架15固定。第一光轴组共有两个。两个第一光轴组内位于下方的第一光轴19等高设置。第一横移滑动架包括第一移动块4、第一连接杆和横移子滑架。横移子滑架包括顶部滑块、底部滑块和两根第二光轴20。两根第二光轴20的顶端均与顶部滑块固定，底端均与底部滑块固定。横移子滑架共有两个。两根第一连接杆的一端均与其中一个横移子滑架内的顶部滑块固定，另一端均与另一个横移子滑架内的顶部滑块固定。两根第一连接杆的中部均与第一移动块4固定。两个横移子滑架内的顶部滑块、底部滑块与四根第一光轴19(两个第一光轴组内各有两根第一光轴19)分别构成滑动副。第一横移驱动件包括第一电机6和第一丝杠5。第一丝杠5支承在机架15的顶部。第一电机6与机架的顶部固定。第一电机6的输出轴与第一丝杠5的一端固定。第一丝杠与固定在第一移动块4上的第一螺母构成螺旋副。
[0034] 竖移滑动架3包括两个第二移动块和两根第二连接杆。两个第二连接杆的一端均与其中一个第二移动块固定，另一端均与另一个第二移动块固定。两根第二移动块与两个横移子滑架内的第二光轴20分别构成滑动副。竖移驱动件包括第二电机1和第二丝杠2。竖移驱动件设置在其中一个横移子滑架上。第二丝杠2支承该横移子滑架上。第二电机1与该横移子滑架固定。第二电机的输出轴与第二丝杠的一端固定。第二丝杠与固定在竖移滑动架3上的第二螺母构成螺旋副。
[0035] 如图1、2和3所示，第二横移滑动架包括两个环形滑盘23、两个端部固定块22和两根第三光轴21。两根第三光轴21的一端均与其中一个端部固定块22固定，另一端均与另一个端部固定块22固定。环形滑盘23上开设有环形通槽。环形通槽的槽宽等于第三光轴的轴径。两个环形滑盘23与两个第二移动块的底部分别固定。两根第三光轴21的一端均穿过其中一个环形滑盘23上的环形通槽，另一端均穿过另一个环形滑盘23上的环形通槽。使得两根第三光轴能够沿着环形通槽进行翻转。第三电机9与其中一块第二移动块固定。第三电机9的输出轴与其中一个端部固定块22固定。第三移动块7与两根第三光轴21构成滑动副。第二横移驱动件包括第七电机18和第三丝杠8。第三丝杠8支承在第二横移滑动架上。第七电机18与第二横移滑动架固定。第七电机18的输出轴与第三丝杠固定。第一光轴19、第二光轴
20、第三光轴21的轴线两两相互垂直。
[0036] 两轴转动机构包括第四电机16、主轴支架10和第五电机11。主轴支架10的顶部与第三移动块7构成转动副。第四电机16固定在第三移动块7上。第四电机16的输出轴与主轴支架10固定。第五电机11固定在主轴支架10上。
[0037] 如图1和4所示、超声主轴12包括主轴电机12-1、电刷环12-2、联轴器12-3、支撑架12-4、轴承套12-6、内套筒12-7、绝缘套筒12-8、轴承12-9、电机盖12-10、外套筒12-11、换能器12-13、变幅杆12-14、法兰盘12-15、底端固定盖12-16、底端盖12-12和对顶螺母12-5。
[0038] 外套筒12-11支承在主轴支架10上，并与第五电机11的输出轴固定。轴承套12-6的外壁通过两个轴承12-9支承在外套筒12-11内。轴承套12-6的内壁与内套筒12-7固定。支撑架12-4与内套筒的顶端固定。外套筒12-11的顶端、底端与电机盖12-10、底端盖12-12分别固定。主轴电机12-1与电机盖12-10固定。主轴电机12-1的输出轴穿过电机盖中心位置的通孔，并与支撑架12-4通过联轴器12-3固定。电机盖12-10中心位置的通孔内固定有电刷环12-2。固定在绝缘套筒12-8上的电刷触头与电刷环12-2的外侧壁接触。内套筒12-7内壁上开设与通线孔。通线孔的孔壁上设置绝缘层。第一导电触头与通线孔内的绝缘层固定，从而实现第一导电触头与内套筒的隔绝。第一导电触头与电刷触头通过导线连接。内套筒的底端固定有底端固定盖12-16。绝缘套筒12-8通过法兰盘12-15与底端固定盖12-16固定。绝缘套筒12-8的外侧壁固定有第二导电触头。第一导电触头与第二导电触头接触。第二导电触头与换能器12-13的其中一个电极片通过导线连接。换能器12-13的另一个电极片与变幅杆
12-14通过导线连接。换能器12-13的前盖板及变幅杆12-14均固定在绝缘套筒12-8内。换能器12-13的前盖板与变幅杆12-14的内端固定。变幅杆12-14的外端穿过法兰盘12-15、底端固定盖12-16及底端盖12-12。变幅杆12-14与法兰盘12-15接触。法兰盘12-15、内套筒12-7、轴承12-9及外套筒12-11均为导体。外套筒12-11与超声发生器的地线端连接(导通)。电刷环12-2与超声发生器的信号输出端连接(导通)，从而将超声发生器发出的超声振荡信号传输给换能器。变幅杆12-14的外端端面上开设的螺纹孔与刀柱12-17上的外螺纹螺纹连接。
对顶螺母旋在刀柱12-17上，并挤压变幅杆12-14。
[0039] 旋转加工机构包括旋转轴17、工作台13和第六电机14。旋转轴17支承在机架15的底部。第六电机14与机架的底部固定。第六电机14的输出轴与旋转轴的一端固定。工作台与旋转轴17固定。第四电机、第五电机、第六电机的输出轴轴线两两相互垂直。
[0040] 第五电机11能够驱动主轴在关于一个竖直平面对称的90度角范围内摆动。第四电机16能够驱动主轴绕第四电机输出轴轴线360度转动。第三电机9能够驱动第二横移滑动架绕一根水平轴线转动180度。
[0041] 第一电机6，能够控制第二横移滑动架的第一个水平方向滑动。第二电机1能够控制第二横移滑动架带动刀具的竖直滑动。第七电机18能够驱动主轴沿第二个水平方向滑动。
[0042] 该三摆角超声加工装置的加工方法具体如下：
[0043] 步骤一、将被加工工件装夹到工作台13。超声发生器启动，使得换能器驱动变幅杆发生振动。
[0044] 步骤二、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机转动，使得刀柱与被加工工件接触，并沿预设轨迹切削被加工工件。
[0045] 步骤三、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机复位。在工作台上取下被加工工件。
