[发明专利]一种超声电火花复合加工主轴装置及其控制方法

权利要求书

1.一种超声电火花复合加工主轴装置，其特征在于：包括z向运动机构、动平台、调姿支链、传动机构、超声振动装置、电极部分；

所述z向运动机构包括左立柱（101）、右立柱（102）、上横梁（103）、下横梁（104）、左主动同步带轮（105）、左从动同步带轮（106）、右主动同步带轮（107）、右从动同步带轮（108）、左一竖向导轨（109）、左二竖向导轨（110）、右一竖向导轨（111）、右二竖向导轨（112）、左一滑块（113）、左二滑块（114）、右一滑块（115）、右二滑块（116）、左一同步带（117）、左二同步带（118）、右一同步带（119）、右二同步带（120）、左配重（121）、右配重（122）、左耳片（123）、右耳片（124）；

左立柱（101）的上端开设有左一横向豁口，且左一横向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；左立柱（101）的下端开设有左二横向豁口，且左二横向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；右立柱（102）的上端开设有右一横向豁口，且右一横向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；右立柱（102）的下端开设有右二横向豁口，且右二横向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；上横梁（103）的左端开设有左一竖向豁口，且左一竖向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；上横梁（103）的右端开设有右一竖向豁口，且右一竖向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；下横梁（104）的左端开设有左二竖向豁口，且左二竖向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；下横梁（104）的右端开设有右二竖向豁口，且右二竖向豁口的两侧面贯通开设有装配孔；上横梁（103）的左端位于左一横向豁口内；上横梁（103）的右端位于右一横向豁口内；下横梁（104）的左端位于左二横向豁口内；下横梁（104）的右端位于右二横向豁口内；左主动同步带轮（105）位于左一竖向豁口内，且左主动同步带轮（105）的轮轴可转动地穿设于左一竖向豁口的装配孔和左一横向豁口的装配孔内；左从动同步带轮（106）位于左二竖向豁口内，且左从动同步带轮（106）的轮轴可转动地穿设于左二竖向豁口的装配孔和左二横向豁口的装配孔内；右主动同步带轮（107）位于右一竖向豁口内，且右主动同步带轮（107）的轮轴可转动地穿设于右一竖向豁口的装配孔和右一横向豁口的装配孔内；右从动同步带轮（108）位于右二竖向豁口内，且右从动同步带轮（108）的轮轴可转动地穿设于右二竖向豁口的装配孔和右二横向豁口的装配孔内；左一竖向导轨（109）固定于左立柱（101）的右表面；左二竖向导轨（110）固定于左立柱（101）的左表面；右一竖向导轨（111）固定于右立柱（102）的左表面；右二竖向导轨（112）固定于右立柱（102）的右表面；左一滑块（113）滑动装配于左一竖向导轨（109）上；左二滑块（114）滑动装配于左二竖向导轨（110）上；右一滑块（115）滑动装配于右一竖向导轨（111）上；右二滑块（116）滑动装配于右二竖向导轨（112）上；左一同步带（117）装配于左主动同步带轮（105）上，且左一同步带（117）的两端分别与左一滑块（113）的上表面和左二滑块（114）的上表面固定；左二同步带（118）装配于左从动同步带轮（106）上，且左二同步带（118）的两端分别与左一滑块（113）的下表面和左二滑块（114）的下表面固定；右一同步带（119）装配于右主动同步带轮（107）上，且右一同步带（119）的两端分别与右一滑块（115）的上表面和右二滑块（116）的上表面固定；右二同步带（120）装配于右从动同步带轮（108）上，且右二同步带（120）的两端分别与右一滑块（115）的下表面和右二滑块（116）的下表面固定；左配重（121）固定于左二滑块（114）上；右配重（122）固定于右二滑块（116）上；左耳片（123）垂直固定于上横梁（103）的前表面左部；右耳片（124）垂直固定于上横梁（103）的前表面右部；左耳片（123）和右耳片（124）上各贯通开设有一个装配孔，且两个装配孔相互正对；

所述动平台包括矩形平台（201）、倒U形支架（202）、L形左托架（203）、L形右托架（204）、左一轴承（205）、左二轴承（206）、右一轴承（207）、右二轴承（208）；

矩形平台（201）的表面中部贯通开设有装配孔；倒U形支架（202）的两个竖直段分别垂直固定于矩形平台（201）的上表面左部和上表面右部；L形左托架（203）的竖直段垂直固定于矩形平台（201）的下表面左部；L形右托架（204）的竖直段垂直固定于矩形平台（201）的下表面右部；左一轴承（205）的外圈与矩形平台（201）的上表面左部固定；左一轴承（205）的内圈固定穿设有横向支撑轴，且横向支撑轴的左端与左一滑块（113）固定；左二轴承（206）的外圈与倒U形支架（202）的水平段的上表面左部固定；右一轴承（207）的外圈与矩形平台（201）的上表面右部固定；右一轴承（207）的内圈固定穿设有横向支撑轴，且横向支撑轴的右端与右一滑块（115）固定；右二轴承（208）的外圈与倒U形支架（202）的水平段的上表面右部固定；

所述调姿支链包括两段式伸缩杆（301）；

两段式伸缩杆（301）的上段的左表面上部和右表面上部各垂直固定有一个横向支撑轴，且两个横向支撑轴分别可转动地穿设于左耳片（123）的装配孔和右耳片（124）的装配孔内；两段式伸缩杆（301）的下段的左表面下部和右表面下部各垂直固定有一个横向支撑轴，且两个横向支撑轴分别固定穿设于左二轴承（206）的内圈和右二轴承（208）的内圈；

所述传动机构包括蜗轮（401）、蜗杆（402）；

蜗轮（401）的轮轴垂直固定于下横梁（104）的下表面中部；蜗杆（402）与蜗轮（401）啮合；

所述超声振动装置包括超声换能器（501）、变幅杆（502）；

超声换能器（501）位于倒U形支架（202）的水平段的下方；变幅杆（502）的上端穿过矩形平台（201）的装配孔与超声换能器（501）的下端固定；变幅杆（502）的节圆处设有法兰，且法兰与矩形平台（201）的装配孔的下端孔口边缘固定；

所述电极部分包括半圆弧形左电刷（601）、半圆弧形右电刷（602）、工具电极卡套（603）、工具电极（604）；

半圆弧形左电刷（601）固定于L形左托架（203）的水平段的端部；半圆弧形右电刷（602）固定于L形右托架（204）的水平段的端部；半圆弧形左电刷（601）和半圆弧形右电刷（602）共同围合形成圆环形电刷；工具电极（604）的上端通过工具电极卡套（603）与变幅杆（502）的下端固定，且工具电极（604）可滑动地穿设于圆环形电刷内。

2.一种超声电火花复合加工主轴装置的控制方法，该方法用于控制如权利要求1所述的一种超声电火花复合加工主轴装置，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

a.选取四个伺服电机，将第一个伺服电机与左主动同步带轮（105）连接，将第二个伺服电机与右主动同步带轮（107）连接，将第三个伺服电机与两段式伸缩杆（301）连接，将第四个伺服电机与蜗杆（402）连接；

b.工具电极（604）的z向平动量控制：在第一个伺服电机和第二个伺服电机的驱动下，左主动同步带轮（105）和右主动同步带轮（107）进行同步转动，且二者的转动方向相反；此时，左主动同步带轮（105）一方面通过左一同步带（117）带动左一滑块（113）沿左一竖向导轨（109）进行平动，另一方面依次通过左一同步带（117）、左配重（121）带动左二滑块（114）沿左二竖向导轨（110）进行平动，左一滑块（113）和左配重（121）共同通过左二同步带（118）带动左从动同步带轮（106）进行转动；同时，右主动同步带轮（107）一方面通过右一同步带（119）带动右一滑块（115）沿右一竖向导轨（111）进行平动，另一方面依次通过右一同步带（119）、右配重（122）带动右二滑块（116）沿右二竖向导轨（112）进行平动，右一滑块（115）和右配重（122）共同通过右二同步带（120）带动右从动同步带轮（108）进行转动；在左一滑块（113）和右一滑块（115）的共同带动下，矩形平台（201）进行z向平动，工具电极（604）随矩形平台（201）进行z向平动；在此过程中，通过控制第一个伺服电机和第二个伺服电机的转动参数，即可控制工具电极（604）的z向平动量；

c.工具电极（604）的偏转角控制：在第三个伺服电机的驱动下，两段式伸缩杆（301）进行伸缩；此时，两段式伸缩杆（301）通过倒U形支架（202）带动矩形平台（201）绕x轴进行转动，工具电极（604）随矩形平台（201）绕x轴进行转动；在此过程中，通过控制第三个伺服电机的转动参数，即可控制工具电极（604）绕x轴的转动量，即工具电极（604）的偏转角；

d.工具电极（604）的回转角控制：在第四个伺服电机的驱动下，蜗杆（402）进行转动；此时，蜗杆（402）带动蜗轮（401）绕z轴进行转动；在蜗轮（401）的带动下，z向运动机构、动平台、调姿支链、超声振动装置、电极部分一起绕z轴进行转动，矩形平台（201）绕z轴进行转动，工具电极（604）随矩形平台（201）绕z轴进行转动；在此过程中，通过控制第四个伺服电机的转动参数，即可控制工具电极（604）绕z轴的转动量，即工具电极（604）的回转角；

e.通过控制工具电极（604）的z向平动量、偏转角、回转角，使得工具电极（604）运动到指定的位姿；待工具电极（604）运动到指定的位姿后，开始进行对刀，并确保工具电极（604）与待加工件之间有合理的放电间隙；然后，先开启电火花加工脉冲电源，再开启超声振动装置，由此开始进行超声电火花复合加工。