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硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统

阅读：910发布：2022-05-09

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权利要求

1.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拖链a(29)、拖链b(55)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，所述机座(6)和立柱(32)采用花岗岩加工而成；
所述机座(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；
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；
所述控制机构与机械-检测一体化机构之间连接的导线分为两部分：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。
2.根据权利要求1所述的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。
3.根据权利要求2所述的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，且所述Y轴伺服电机(10)设置于马达座b(47)上，所述马达座b(47)设置于矩形纵向支撑板上且与一个轴承座b(51)连为一体；所述Y轴方向精密滚珠丝杠(18)上套接有Y轴方向滚珠丝杠螺母(19)，所述Y轴方向滚珠丝杠螺母(19)的螺母座与竖直设置的Y轴拖板(22)连为一体，所述Y轴拖板(22)的上部设置有XY平面微调平单元，所述Y轴拖板(22)的下部连接滑块b(49)，所述滑块b(49)能在两条Y轴精密导轨(17)上滑动；所述Y轴拖板(22)上设置有光栅读数头支座b(45)，所述Y轴方向精密光栅尺(20)内的光栅读数头设置于光栅读数头支座b(45)上，且Y轴方向精密光栅尺(20)内的光栅读数头与计算机(1)连接；
由所述Y轴伺服电机(10)通过Y轴进给联轴器(16)把转动传递给Y轴方向精密滚珠丝杠(18)一起转动，所述Y轴方向精密滚珠丝杠(18)的转动通过Y轴方向滚珠丝杠螺母(19)转变为Y轴拖板(22)沿两条Y轴精密导轨(17)在Y轴方向精密直线进给，所述Y轴方向精密光栅尺(20)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。
4.根据权利要求3所述的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XY平面微调平单元，包括有调平柔性铰链(23)，超声振动平台(25)设置于所述调平柔性铰链(23)上；
所述调平柔性铰链(23)内设置有两个机械封装式压电陶瓷(24)，每个所述机械封装式压电陶瓷(24)均与机械封装式压电陶瓷驱动电源(3)连接，分别驱动两个所述机械封装式压电陶瓷(24)能产生微位移，用以实现XY平面相对水平。
5.根据权利要求4所述的硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述机械封装式压电陶瓷(24)的型号为PST150VS250。
6.根据权利要求1所述的硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述工作台，包括有工作台主体(26)，工作台主体(26)的上表面保持水平，且在所述工作台主体(26)的上表面上设置有用于夹持待加工工件(28)的夹具(27)，所述工作台主体(26)的下表面与超声振动平台(25)连接，经计算机(1)和超声控制电源(5)的控制，得到超声振动平台(25)能带动工作台主体(26)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。
7.根据权利要求1所述的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Z轴方向进给单元，包括有两条Z轴精密导轨(30)，且所述两条Z轴精密导轨(30)分别固定于立柱(32)一侧面上两相对的侧边处，Z轴方向精密光栅尺(36)内的标尺光栅靠近一条Z轴精密导轨(30)设置；
所述两条Z轴精密导轨(30)之间平行的架设有一根Z轴方向精密滚珠丝杠(34)，所述Z轴方向精密滚珠丝杠(34)的一端通过Z轴进给联轴器(33)连接Z轴伺服电机(31)，所述Z轴伺服电机(31)与电机驱动电源(4)连接，所述Z轴伺服电机(31)设置于马达座c(52)上，所述马达座c(52)固定于立柱(32)上；所述Z轴方向精密滚珠丝杠(34)上套接有Z轴方向滚珠丝杠螺母(35)，所述Z轴方向滚珠丝杠螺母(35)的螺母座与竖直设置的Z轴拖板(37)连接，所述Z轴拖板(37)的下部连接滑块c(54)，且所述滑块c(54)能在两条Z轴精密导轨(30)上滑动；所述Z轴拖板(37)上设置有光栅读数头支座c(53)，所述Z轴方向精密光栅尺(36)内的光栅读数头设置于光栅读数头支座c(53)上，且所述Z轴方向精密光栅尺(36)内的光栅读数头与计算机(1)连接；
所述Z轴伺服电机(31)通过Z轴进给联轴器(33)把转矩传递给Z轴方向精密滚珠丝杠(34)，所述Z轴方向精密滚珠丝杠(34)的转动通过Z轴方向滚珠丝杠螺母(35)转变为Z轴拖板(37)沿Z轴精密导轨(30)的Z轴方向精密直线移动进给；所述Z轴拖板(37)上设置有延伸块(38)，且在所述延伸块(38)上设置有一维微纳米移动平台(39)，用于实现Z轴方向的微纳米进给，所述Z轴精密光栅尺(36)内的标尺光栅和光栅读数头相互配合用于对Z轴方向进给量进行检测；
所述一维微纳米移动平台(39)分别与主轴单元、一维微纳米移动平台用驱动控制电源(2)连接。
8.根据权利要求7所述的硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其特征在于，所述主轴单元，包括有主轴电机安装架(41)，所述主轴电机安装架(41)的一侧端面与一维微纳米移动平台(39)连接，且所述主轴电机安装架(41)的上表面上设置有主轴电机(40)，所述主轴电机安装架(41)的下表面的中央通过刀柄(42)连接刀具(43)，且所述主轴电机(40)通过驱动轴与刀柄(42)连接，所述主轴电机(40)能通过刀柄(42)把转矩传递给刀具(43)。

说明书全文

硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统

技术领域

[0001] 本发明属于材料加工设备技术领域，具体涉及一种硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

发明内容

[0006] 本发明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。

[0007] 本发明所采用的技术方案是，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拖链a、拖链b连接构成。

[0008] 本发明的特点还在于：

[0009] 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，机座和立柱采用花岗岩加工而成；机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。

[0010] 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；所述控制机构与机械-检测一体化机构之间连接的导线分为两部分：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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 机械封装式压电陶瓷的型号为PST150VS250。

[0015] 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。

[0016] 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轴方向精密光栅尺内的光栅读数头设置于光栅读数头支座c上，且Z轴方向精密光栅尺内的光栅读数头与计算机连接；Z轴伺服电机通过Z轴进给联轴器把转矩传递给Z轴方向精密滚珠丝杠，Z轴方向精密滚珠丝杠的转动通过Z轴方向滚珠丝杠螺母转变为Z轴拖板沿Z轴精密导轨的Z轴方向精密直线移动进给；Z轴拖板上设置有延伸块，且在延伸块上设置有一维微纳米移动平台，用于实现Z轴方向的微纳米进给，Z轴精密光栅尺内的标尺光栅和光栅读数头相互配合用于对Z轴方向进给量进行检测；一维微纳米移动平台分别与主轴单元、一维微纳米移动平台用驱动控制电源连接。

[0017] 主轴单元，包括有主轴电机安装架，主轴电机安装架的一侧端面与一维微纳米移动平台连接，且主轴电机安装架的上表面上设置有主轴电机，主轴电机安装架的下表面的中央通过刀柄连接刀具，且主轴电机通过驱动轴与刀柄连接，主轴电机能通过刀柄把转矩传递给刀具。

[0018] 本发明的有益效果在于：

[0019] (1)本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，能实现在无超声作用下硬脆材料在其微纳米尺度的塑性域切削加工。

[0020] (2)本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，能实现传统的微纳米压痕、划痕试验。

[0021] (3)本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，能为高度数控化加工硬脆材料提供良好的理论基础和试验平台。附图说明

[0022] 图1是本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统的结构示意图；

[0023] 图2是本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统内部的电路连接示意图；

[0024] 图3是本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统内X轴方向进给单元与Y轴方向进给单元的结构示意图；

[0025] 图4是本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统内Z轴方向进给单元的结构示意图。

[0026] 图中，1.计算机，2.一维微纳米移动平台用驱动控制电源，3.机械封装式压电陶瓷驱动电源，4.电机驱动电源，5.超声控制电源，6.机座，7.X轴伺服电机，8.X轴进给联轴器，9.横向进给托架，10.Y轴伺服电机，11.X轴方向精密光栅尺，12.X轴拖板，13.X轴方向滚珠丝杠螺母，14.X轴精密导轨，15.X轴方向精密滚珠丝杠，16.Y轴进给联轴器，17.Y轴精密导轨，18.Y轴方向精密滚珠丝杠，19.Y轴方向滚珠丝杠螺母，20.Y轴方向精密光栅尺，21.纵向进给托架，22.Y轴拖板，23.调平柔性铰链，24.机械封装式压电陶瓷，25.超声振动平台，26.工作台主体，27.夹具，28.待加工工件，29.拖链a，30.Z轴精密导轨，31.Z轴伺服电机，32.立柱，33.Z轴进给联轴器，34.Z轴方向精密滚珠丝杠，35.Z轴方向滚珠丝杠螺母，36.Z轴方向精密光栅尺，37.Z轴拖板，38.延伸块，39.一维微纳米移动平台，40.主轴电机，41.主轴安装架，42.刀柄，43.刀具，44.光栅读数头支座a，45.光栅读数头支座b，46.马达座a，47.马达座b，48.滑块a，49.滑块b，50.轴承座a，51.轴承座b，52.马达座c，53.光栅读数头支座c，54.滑块c，55.拖链b。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0028] 本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，其结构如图1所示，由机械-检测一体化机构及控制机构经拖链a29、拖链b55连接构成。

[0029] 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6和垂直设置于机座6上表面上的立柱32构成；机座6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25，超声振动平台25上设置有工作台；立柱32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25均通过拖链b55与控制机构连接，Z轴方向进给单元、主轴单元均通过拖链a29与控制机构连接。

[0030] X轴方向进给单元以可拆卸的方式与机座6连接，Y轴方向进给单元以可拆卸的方式与X轴方向进给单元连接。Z轴方向进给单元和主轴单元均以可拆卸的方式与立柱32连接。

[0031] 其中，机座6和立柱32采用花岗岩加工而成。

[0032] 控制机构，如图1及图2所示，包括有计算机1，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；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；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，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，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，超声控制电源5通过导线与超声振动平台25连接；所述控制机构与机械-检测一体化机构之间连接的导线分为两部分：一部分导线设置于拖链a29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b55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25之间的连接线。

[0033] X轴方向进给单元，如图1及图3所示，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，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，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a50，两个轴承座a50的轴孔之间连接有X轴方向精密滚珠丝杠15，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，X轴伺服电机7与电机驱动电源4连接，X轴伺服电机7固定于马达座a46上，马达座a46固定于机座6的上表面，且马达座a46与一个轴承座a50连为一体；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，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，X轴拖板12的上部与Y轴方向进给单元连接，X轴拖板12的下部与滑块a48连接，且滑块a48能在两条X轴精密导轨14上滑动，X轴拖板12上设置有X轴光栅读数头支座a44，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a44上，且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，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，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。

[0034] 如图1及图3所示，马达座a46呈立方体状框架状，且质量较轻，马达座a46的底部能固定于机座6的上表面上，马达座a46内部用于容纳X轴进给联轴器8并能将X轴伺服电机7固定住。

[0035] X轴方向精密光栅尺11为KA300系列精密光栅尺，主要由标尺光栅和光栅读数头组成，且在该光栅读数头内设置有指示光栅。

[0036] Y轴方向进给单元，如图1及图3所示，包括有纵向进给托架21；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，且矩形纵向支撑板与横向进给托架9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17，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；矩形纵向支撑板两相对短边上各垂直设置一个轴承座b51，两个轴承座b51的轴孔之间连接有Y轴方向精密滚珠丝杠18，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，Y轴伺服电机10与电机驱动电源4连接，且Y轴伺服电机10设置于马达座b47上，马达座b47设置于矩形纵向支撑板上且与一个轴承座b51连为一体；Y轴方向精密滚珠丝杠18上套接有Y轴方向滚珠丝杠螺母19，Y轴方向滚珠丝杠螺母19的螺母座与竖直设置的Y轴拖板22连为一体，Y轴拖板22的上部设置有XY平面微调平单元，Y轴拖板22的下部连接滑块b49，滑块b49能在两条Y轴精密导轨17上滑动；Y轴拖板22上设置有光栅读数头支座b45，Y轴方向精密光栅尺20内的光栅读数头设置于光栅读数头支座b45上，且Y轴方向精密光栅尺20内的光栅读数头与计算机1连接；由Y轴伺服电机10通过Y轴进给联轴器16把转动传递给Y轴方向精密滚珠丝杠
18一起转动，Y轴方向精密滚珠丝杠18的转动通过Y轴方向滚珠丝杠螺母19转变为Y轴拖板
22沿两条Y轴精密导轨17在Y轴方向精密直线进给，Y轴方向精密光栅尺20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。

[0037] 马达座b47的结构与马达座a46的结构相同，均呈立方体框架状，马达座b47能固定于矩形纵向支撑板的上，马达座b47内部用于容纳Y轴进给联轴器16并能将Y轴伺服电机10固定住。

[0038] Y轴方向精密光栅尺20为KA300系列精密光栅尺，主要由标尺光栅和光栅读数头组成，且在该光栅读数头内设置有指示光栅。

[0039] XY平面微调平单元，如图2及图3所示，包括有调平柔性铰链23，超声振动平台25设置于调平柔性铰链23上；调平柔性铰链23内设置有两个机械封装式压电陶瓷24，每个机械封装式压电陶瓷24均与机械封装式压电陶瓷驱动电源3连接，分别驱动两个机械封装式压电陶瓷24能产生微位移，用以实现XY平面相对水平。

[0040] 机械封装式压电陶瓷24的型号为芯明天PST150VS250。

[0041] 工作台，如图3所示，包括有工作台主体26，工作台主体26的上表面保持水平，且在工作台主体26的上表面上设置有用于夹持待加工工件28的夹具27，工作台主体26的下表面与超声振动平台25连接，经计算机1和超声控制电源5的控制，超声振动平台25能带动工作台主体26实现X、Y轴方向的超声振动，从而在微细切削加工中加载超声作用，提高切削加工质量。

[0042] Z轴方向进给单元，如图1及图4所示，包括有两条Z轴精密导轨30，且两条Z轴精密导轨30分别固定于立柱32一侧面上两相对的侧边处，Z轴方向精密光栅尺36内的标尺光栅靠近一条Z轴精密导轨30设置；两条Z轴精密导轨30之间平行的架设有一根Z轴方向精密滚珠丝杠34，Z轴方向精密滚珠丝杠34的一端通过Z轴进给联轴器33连接Z轴伺服电机31，Z轴伺服电机31与电机驱动电源4连接，Z轴伺服电机31设置于马达座c52上，马达座c52固定于立柱32上；Z轴方向精密滚珠丝杠34上套接有Z轴方向滚珠丝杠螺母35，Z轴方向滚珠丝杠螺母35的螺母座与竖直设置的Z轴拖板37连接，Z轴拖板37的下部连接滑块c54，且滑块c54能在两条Z轴精密导轨30上滑动；Z轴拖板37上设置有光栅读数头支座c53，Z轴方向精密光栅尺36内的光栅读数头设置于光栅读数头支座c53上，且Z轴方向精密光栅尺36内的光栅读数头与计算机1连接；Z轴伺服电机31通过Z轴进给联轴器33把转矩传递给Z轴方向精密滚珠丝杠34，Z轴方向精密滚珠丝杠34的转动通过Z轴方向滚珠丝杠螺母35转变为Z轴拖板37沿Z轴精密导轨30的Z轴方向精密直线移动进给；Z轴拖板37上设置有延伸块38，且在延伸块38上设置有一维微纳米移动平台39，用于实现Z轴方向的微纳米进给，Z轴精密光栅尺36内的标尺光栅和光栅读数头相互配合用于对Z轴方向进给量进行检测，一维微纳米移动平台39分别与主轴单元、一维微纳米移动平台用驱动控制电源2连接。

[0043] Z轴方向精密光栅尺36为KA300系列精密光栅尺，主要由标尺光栅和光栅读数头组成，且在该光栅读数头内设置有指示光栅。

[0044] 设置延伸块38主要目的在于：能用于调整一维微纳米移动平台39的空间位置，以适应工件的加工需求主轴单元。

[0045] 如图4所示，马达座c52呈板状结构，质量轻，马达座c52的底部能固定于立柱32上，用于支撑Z轴伺服电机31。

[0046] 主轴单元，如图1及图4所示，包括有主轴电机安装架41，主轴电机安装架41的一侧端面与一维微纳米移动平台39连接，且主轴电机安装架41的上表面上设置有主轴电机40，主轴电机安装架41的下表面的中央通过刀柄42连接刀具43，且主轴电机40通过驱动轴与刀柄42连接，主轴电机40能通过刀柄42把转矩传递给刀具43。

[0047] X轴精密光栅尺11、Y轴精密光栅尺20、Z轴精密光栅尺36测得的位移均传送至计算机1内，计算机1分别按照加工要求控制电机驱动电源4分别驱动X轴伺服电机7、Y轴伺服电机10及Z轴伺服电机31，最终实现X轴、Y轴、Z轴三个方向进给，Z轴方向的微纳米进给由计算机1控制一维微纳米移动平台用驱动控制电源2驱动一维微纳米移动平台39实现，主轴电机40的控制根据加工要求由计算机1控制电机驱动电源4实现，超声振动平台25的工作由超声控制电源5进行控制。

[0048] 利用硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统对硬脆材料进行切削加工的方法，具体按照以下步骤实施：

[0049] 步骤1、分别启动计算机1、电机驱动电源4、一维微纳米移动平台用驱动控制电源2及超声控制电源5；

[0050] 步骤2、根据待加工工件28的尺寸及加工尺寸要求编写刀具43相对于待加工工件28的行走进给轨迹加工程序及加载超声作用代码；

[0051] 步骤3、将待加工工件28安装在夹具27上；

[0052] 步骤4、用计算机1控制电机驱动电源4分别驱动X轴伺服电机7、Y轴伺服电机10及Z轴伺服电机31工作，根据工件尺寸加工要求调整待加工工件28相对于刀具43的位置实现对刀；

[0053] 步骤5、用计算机1按照步骤2编写的加工工件的程序代码控制电机驱动电源4分别驱动X轴伺服电机7、Y轴伺服电机10、Z轴伺服电机31及主轴电机40，同时控制一维微纳米移动平台用驱动控制电源2驱动一维微纳米移动平台39实现微纳米进给，控制超声控制电源5驱动超声振动平台25实现X、Y两个方向的超声振动，最终完成工件轮廓表面微细切削；

[0054] 步骤6、关闭电计算机1、电机驱动电源4、一维微纳米移动平台用驱动控制电源2及超声控制电源5，最后取下加工好的工件，清理机床。

[0055] 本发明硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统，解决了对硬脆材料塑性域微细切削加工困难的问题，实现了不同的硬脆材料在其塑性域的微细切削加工。

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硬脆材料的超声作用下微细切削加工系统

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