【文章內(nèi)容簡介】 一致，因此變幅桿的材料一般進行鍛造。本系統(tǒng)設(shè)計的變幅桿的材料選用疲勞強度高，加工性能好的45鋼，加工后進行調(diào)質(zhì)處理[15]。超聲變幅桿其主要作用是改變換能器的振幅(一般是增大)、提高振速比、提高效率，提高機械品質(zhì)因數(shù)，加強耐熱性，擴大適應(yīng)溫度范圍，延長換能器的使用壽命。超聲波換能器通過安裝變幅桿(超聲波變幅器)調(diào)整了換能器與超聲波工具頭之間的負載匹配，減小了諧振阻抗，使其在諧振頻率工作提高了電聲轉(zhuǎn)換效率，有效降低了超聲波換能器的發(fā)熱量，提高使用壽命。為了獲得使變幅桿獲得理想的軸向振動，當(dāng)超聲振動部分的長度一般為超聲振動半波長的整數(shù)倍時，使振動體上任一點反射波剛好比入射波多半波長的整數(shù)倍。在本設(shè)計方案中最終定為設(shè)計一個半波長的具有圓錐形過渡段的變幅桿。主軸頭伺服進給機構(gòu)設(shè)計主軸伺服性能的好壞直接影響復(fù)合加工過程控制效果。交流伺服系統(tǒng)具有先進的控制系統(tǒng)，并且成本低、免維護，因而近年來得到了廣泛的應(yīng)用，其控制模式也由原來的全硬件控制模式發(fā)展為軟硬件相結(jié)合控制模式或軟件控制模式[17]。伺服驅(qū)動器內(nèi)部高速處理器的應(yīng)用推動了先進運動控制算法的應(yīng)用，使交流伺服系統(tǒng)顯示出數(shù)字化、集成化、智能化和模塊化的發(fā)展趨勢。開放式控制軟件和數(shù)字式AC伺服電機的結(jié)合在保證了數(shù)控系統(tǒng)的開放性和柔性的同時也保證了控制系統(tǒng)的可靠性。另外，步進電機的低速性能的改善和調(diào)速范圍的提高，以及不同編碼器的并行配置，可以實現(xiàn)最高達，移動速度可以達到的運動性能。隨著滾動元件技術(shù)的不斷發(fā)展、元件標準化和性價比的日趨合理，滾珠絲杠在機床設(shè)計中成為主軸傳動的固定配置[18]。綜上考慮，主軸驅(qū)動機構(gòu)采用了滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠、交流伺服步進電機組成的高性能的直接拖動機構(gòu)，大大簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時提高了主軸的伺服性能。機床主軸的設(shè)計，由步進電機、齒輪副、深溝球軸承、推力球軸承、滾珠絲杠副、主軸頭和高精度集流環(huán)組成。伺服電機通過齒輪與滾珠絲杠連接，絲杠帶動螺母及主軸頭進行上下移動，兩個直線導(dǎo)軌實現(xiàn)導(dǎo)向機構(gòu)的支撐。由于滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌在加工制作時施加了消除間隙預(yù)緊力，同時數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)絲杠的螺距誤差補償和反向間隙補償，定位精度可以達到任意為，重復(fù)定位精度為，可以實現(xiàn)高的定位精度和重復(fù)定位精度。交流伺服電機由控制系統(tǒng)進行控制，滾珠絲杠的螺距為, 控制器配合交流伺服電機的位置編碼器每轉(zhuǎn)一周可以輸出若干個位置分辨脈沖，由此可以得到垂直方向上的最小進給量。主軸作為復(fù)合加工的關(guān)鍵部件，在實現(xiàn)伺服進給的同時還需要有高速旋轉(zhuǎn)。主軸的轉(zhuǎn)速是磨削加工工藝效果的主要影響因素。另外在進行圓孔加工時，適當(dāng)?shù)墓ぞ唠姌O旋轉(zhuǎn)速度不僅能夠改善加工排屑情況，還可以提高加工形狀精度。通過簡單形狀的工具，采用不同的工具加工，還可以實現(xiàn)異型孔加工，如果與其它軸聯(lián)動還可以實現(xiàn)圓孔或型腔加工。由控制系統(tǒng)輸出控制信號實現(xiàn)電機控制，經(jīng)連軸器套筒帶動主軸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，滿足工具電極在一定范圍內(nèi)無級可調(diào)，實現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)。工具電極在進行超聲振動的同時還需要進行高精度的旋轉(zhuǎn)。因此，超聲信號的輸入問題是必須要首先解決。本系統(tǒng)是采用在主軸上端附加高精度的旋轉(zhuǎn)集流環(huán)與碳刷來解決工具電極的旋轉(zhuǎn)與工具超聲波信號的輸入干涉問題。由于壓電換能器的電壓高，當(dāng)碳刷和集流環(huán)接觸不良時，二者極易發(fā)生放電現(xiàn)象，因此，碳刷由彈簧支撐，主軸旋轉(zhuǎn)過程中，在彈簧作用下，碳刷始終和集流環(huán)保持良好接觸，順利地實現(xiàn)主軸的超聲振動和高速旋轉(zhuǎn)同時進行。在超聲復(fù)合加工機床中，機床本體主要用于支撐、固定工件和電極，提供加工過程的各種運動，所以機床應(yīng)具備一定的剛度、精度和抗振性。為了保證機床和立柱具有良好的剛性和抗振性，床身材料選擇灰鑄鐵，經(jīng)過兩次時效處理消除內(nèi)應(yīng)力，最大程度的減少可能產(chǎn)生的變形，保證機床具有良好的穩(wěn)定性和尺寸精度。工作臺是用來完成工件的支撐、安裝夾緊和定位的，需要實現(xiàn)工件(即工作臺)的X方向和Y方向移動。x軸和Y軸方向采用兩套完全相同的運動機構(gòu)作為伺服執(zhí)行單元，由交流伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠螺母副及拖板組成。工作臺移動機構(gòu)有較大的負載，因此選擇臺灣鼎銀公司科技股份公司的AMT系列的L252020型數(shù)控型雙坐標工作臺。 工作臺上的滾珠絲杠螺母副采用消間隙措施處理。 另外，在脈沖電火花加工過程中要求工作臺與地面之間保持良好的絕緣狀態(tài)，本機床中采用了具有良好絕緣性、穩(wěn)定性和微小變形的花崗巖材料作為工作臺與機床本體之間的絕緣體，工作臺采用有T形槽的標準工作臺，便于加工工件時用來固定工作液循環(huán)箱。4 主要結(jié)構(gòu)的選擇及設(shè)計計算(I:傳動比,電機直連絲杠時；齒輪傳動或同步帶傳動時按具體值計算。) ()Ph:公稱導(dǎo)程。V:機械的最高運行速度；N:初定的電機最高轉(zhuǎn)速。 各種方式下絲杠轉(zhuǎn)速代號為N,單位:r/mm。取 計算絲杠的軸向載荷(單位:N): ()取值；；。 當(dāng)量轉(zhuǎn)速Nm = ()= ()設(shè)計時選用滾珠絲杠螺母副的。按預(yù)期工作時間算（Lh）： ()fa為精度系數(shù)，： 絲杠精度等級精度等級.７１０fa１fw 為載荷系數(shù)，： 載荷系數(shù)負荷性質(zhì)平穩(wěn)沖擊振動fwLh ：用預(yù)期運行時間表示h，： 運行時間機床20000小時生產(chǎn)機械10000小時自動化設(shè)備15000小時測試儀器15000小時另外，預(yù)選精度等級為三級，則可選出：2~