一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)的制作方法

本實用新型屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

硬脆材料由于具有優(yōu)于普通材料的特殊性能，使其在航空航天等高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

常見的硬脆材料主要有：石英玻璃、碳化硅、硅、陶瓷等。與普通材料相比，硬脆材料具有高硬度、高熱導(dǎo)率、耐磨損、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、不易氧化腐蝕及低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點。但是，由于硬脆材料自身具有明顯的硬脆性，導(dǎo)致常規(guī)的切削加工非常困難。

近些年來，有學(xué)者研究證實：可以在微小尺度實現(xiàn)這些材料的塑性域切削加工，且在超聲作用下可以大大提高其切削加工表面質(zhì)量，得到較好加工質(zhì)量的零件，其原理在于：在超聲振動作用下連續(xù)沖擊切削，當(dāng)切削深度小于該材料的塑脆轉(zhuǎn)變的臨界切削深度時可實現(xiàn)類似于常規(guī)金屬材料一樣的塑性切削加工，刀具壓力較低、切削應(yīng)力和切削熱較小，不會產(chǎn)生變形和燒傷，加工精度較高，可達到±0.02mm～0.05mm，表面粗糙度可達Ra0.16μm，大大降低表面缺陷。

塑脆轉(zhuǎn)變的臨界切削深度為微米級、納米級，因此，針對這些硬脆材料的在超聲作用下微細切削加工設(shè)計出一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)非常重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，解決了硬脆材料塑性域微細切削加工困難的問題，能實現(xiàn)對不同的硬脆材料在其塑性域的微細切削加工。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，由機械-檢測一體化機構(gòu)及控制機構(gòu)經(jīng)連接構(gòu)成；機械-檢測一體化機構(gòu)，包括有機身主體，機身主體由水平設(shè)置的機座和垂直設(shè)置于機座上表面上的立柱構(gòu)成；座的上表面上設(shè)置有X軸方向進給單元，X軸方向進給單元上連接有Y軸方向進給單元，Y軸方向進給單元上設(shè)置有XY平面微調(diào)平單元，XY平面微調(diào)平單元上設(shè)置有超聲振動平臺，超聲振動平臺上設(shè)置有工作臺；立柱上分別設(shè)置有Z軸方向進給單元、主軸單元，且Z軸方向進給單元與主軸單元連接；X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、XY平面微調(diào)平單元及超聲振動平臺均通過拖鏈b與控制機構(gòu)連接，Z軸方向進給單元、主軸單元均通過拖鏈a與控制機構(gòu)連接。

本實用新型的特點還在于：

控制機構(gòu)，包括有計算機，計算機分別通過導(dǎo)線與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、Z軸方向進給單元連接；計算機還分別通過導(dǎo)線與一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源、機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源、電機驅(qū)動電源及超聲控制電源連接；一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源通過導(dǎo)線與Z軸方向進給單元連接，機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源通過導(dǎo)線與XY平面微調(diào)平單元連接，電機驅(qū)動電源分別通過導(dǎo)線與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、Z軸方向進給單元及主軸單元連接，超聲控制電源通過導(dǎo)線與超聲振動平臺連接；上述用到所有導(dǎo)線分成兩部分：一部分導(dǎo)線設(shè)置于拖鏈a中，作為控制機構(gòu)與Z軸方向進給單元及主軸單元的連接線，另一部分導(dǎo)線設(shè)置于拖鏈b內(nèi)，作為控制機構(gòu)與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、XY平面微調(diào)平單元及超聲振動平臺之間的連接線。

X軸方向進給單元，包括有橫向進給托架；橫向進給托架，包括有矩形橫向支撐板，且矩形橫向支撐板在機座的上表面上沿X軸方向固定設(shè)置；在矩形橫向支撐板的上表面上靠近兩相對的長邊處各設(shè)置一條X軸精密導(dǎo)軌，矩形橫向支撐板的一長側(cè)面上設(shè)置有X軸方向精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵，矩形橫向支撐板上表面上兩相對短邊上各垂直設(shè)置一個軸承座a，兩個軸承座a的軸孔之間連接有X軸方向精密滾珠絲杠；X軸方向精密滾珠絲杠的一端通過X軸進給聯(lián)軸器與X軸伺服電機連接，X軸伺服電機與電機驅(qū)動電源連接，X軸伺服電機固定于馬達座a上，馬達座a固定于機座的上表面，且馬達座a與一個軸承座a連為一體；X軸方向精密滾珠絲杠上套接有X軸方向滾珠絲杠螺母，X軸方向滾珠絲杠螺母的螺母座與豎直設(shè)置的X軸拖板連為一體，X軸拖板的上部與Y軸方向進給單元連接，X軸拖板的下部與滑塊a連接，且滑塊a能在兩條X軸精密導(dǎo)軌上滑動，X軸拖板上設(shè)置有X軸光柵讀數(shù)頭支座a，X軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于X軸光柵讀數(shù)頭支座a上，且X軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機連接；由X軸伺服電機通過X軸進給聯(lián)軸器把轉(zhuǎn)動傳遞給X軸方向精密滾珠絲杠一起轉(zhuǎn)動，X軸方向精密滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動通過X軸方向滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)變?yōu)閄軸拖板沿兩條X軸精密導(dǎo)軌在X軸方向精密直線進給，X軸方向精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合，用于實現(xiàn)對X軸方向進給量進行檢測。

Y軸方向進給單元，包括有縱向進給托架；縱向進給托架，包括有固定于X軸拖板上部的矩形縱向支撐板，且矩形縱向支撐板與橫向進給托架垂直；在矩形縱向支撐板的上表面上靠近兩相對的長邊處各設(shè)置一條Y軸精密導(dǎo)軌，矩形縱向支撐板的一長側(cè)面上設(shè)置有Y軸方向精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵；矩形縱向支撐板兩相對短邊上各垂直設(shè)置一個軸承座b，兩個軸承座b的軸孔之間連接有Y軸方向精密滾珠絲杠；Y軸方向精密滾珠絲杠的一端通過Y軸進給聯(lián)軸器與Y軸伺服電機連接，Y軸伺服電機與電機驅(qū)動電源連接，且Y軸伺服電機設(shè)置于馬達座b上，馬達座b設(shè)置于矩形縱向支撐板上且與一個軸承座b連為一體；Y軸方向精密滾珠絲杠上套接有Y軸方向滾珠絲杠螺母，Y軸方向滾珠絲杠螺母的螺母座與豎直設(shè)置的Y軸拖板連為一體，Y軸拖板的上部設(shè)置有XY平面微調(diào)平單元，Y軸拖板的下部連接滑塊b，滑塊b能在兩條Y軸精密導(dǎo)軌上滑動；Y軸拖板上設(shè)置有光柵讀數(shù)頭支座b，Y軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于光柵讀數(shù)頭支座b上，且Y軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機連接；由Y軸伺服電機通過Y軸進給聯(lián)軸器把轉(zhuǎn)動傳遞給Y軸方向精密滾珠絲杠一起轉(zhuǎn)動，Y軸方向精密滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動通過Y軸方向滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)變?yōu)閅軸拖板沿兩條Y軸精密導(dǎo)軌在Y軸方向精密直線進給，Y軸方向精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合，用于實現(xiàn)對Y軸方向進給量進行檢測。

XY平面微調(diào)平單元，包括有調(diào)平柔性鉸鏈，超聲振動平臺設(shè)置于調(diào)平柔性鉸鏈上；調(diào)平柔性鉸鏈內(nèi)設(shè)置有兩個機械封裝式壓電陶瓷，每個機械封裝式壓電陶瓷均與機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源連接，分別驅(qū)動兩個機械封裝式壓電陶瓷能產(chǎn)生微位移，用以實現(xiàn)XY平面相對水平。

機械封裝式壓電陶瓷的型號為PST150VS250。

工作臺，包括有工作臺主體，工作臺主體的上表面保持水平，且在工作臺主體的上表面上設(shè)置有用于夾持待加工工件的夾具，工作臺主體的下表面與超聲振動平臺連接，經(jīng)計算機和超聲控制電源的控制，得到超聲振動平臺能帶動工作臺主體實現(xiàn)X、Y軸方向的超聲振動，在微細切削加工中加載超聲作用，提高切削加工質(zhì)量。

Z軸方向進給單元，包括有兩條Z軸精密導(dǎo)軌，且兩條Z軸精密導(dǎo)軌分別固定于立柱一側(cè)面上兩相對的側(cè)邊處，Z軸方向精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵靠近一條Z軸精密導(dǎo)軌設(shè)置；兩條Z軸精密導(dǎo)軌之間平行的架設(shè)有一根Z軸方向精密滾珠絲杠，Z軸方向精密滾珠絲杠的一端通過Z軸進給聯(lián)軸器連接Z軸伺服電機，Z軸伺服電機與電機驅(qū)動電源連接，Z軸伺服電機設(shè)置于馬達座c上，馬達座c固定于立柱上；Z軸方向精密滾珠絲杠上套接有Z軸方向滾珠絲杠螺母，Z軸方向滾珠絲杠螺母的螺母座與豎直設(shè)置的Z軸拖板連接，Z軸拖板的下部連接滑塊c，且滑塊c能在兩條Z軸精密導(dǎo)軌上滑動；Z軸拖板上設(shè)置有光柵讀數(shù)頭支座c，Z軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于光柵讀數(shù)頭支座c上，且Z軸方向精密光柵尺內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機連接；Z軸伺服電機通過Z軸進給聯(lián)軸器把轉(zhuǎn)矩傳遞給Z軸方向精密滾珠絲杠，Z軸方向精密滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動通過Z軸方向滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)變?yōu)閆軸拖板沿Z軸精密導(dǎo)軌的Z軸方向精密直線移動進給；Z軸拖板上設(shè)置有延伸塊，且在延伸塊上設(shè)置有一維微納米移動平臺，用于實現(xiàn)Z軸方向的微納米進給，Z軸精密光柵尺內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合用于對Z軸方向進給量進行檢測；一維微納米移動平臺分別與主軸單元、一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源連接。

主軸單元，包括有主軸電機安裝架，主軸電機安裝架的一側(cè)端面與一維微納米移動平臺連接，且主軸電機安裝架的上表面上設(shè)置有主軸電機，主軸電機安裝架的下表面的中央通過刀柄連接刀具，且主軸電機通過驅(qū)動軸與刀柄連接，主軸電機能通過刀柄把轉(zhuǎn)矩傳遞給刀具。

本實用新型的有益效果在于：

(1)本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，能實現(xiàn)在無超聲作用下硬脆材料在其微納米尺度的塑性域切削加工。

(2)本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，能實現(xiàn)傳統(tǒng)的微納米壓痕、劃痕試驗。

(3)本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，能為高度數(shù)控化加工硬脆材料提供良好的理論基礎(chǔ)和試驗平臺。

附圖說明

圖1是本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)內(nèi)部的電路連接示意圖；

圖3是本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)內(nèi)X軸方向進給單元與Y軸方向進給單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)內(nèi)Z軸方向進給單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.計算機，2.一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源，3.機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源，4.電機驅(qū)動電源，5.超聲控制電源，6.機座，7.X軸伺服電機，8.X軸進給聯(lián)軸器，9.橫向進給托架，10.Y軸伺服電機，11.X軸方向精密光柵尺，12.X軸拖板，13.X軸方向滾珠絲杠螺母，14.X軸精密導(dǎo)軌，15.X軸方向精密滾珠絲杠，16.Y軸進給聯(lián)軸器，17.Y軸精密導(dǎo)軌，18.Y軸方向精密滾珠絲杠，19.Y軸方向滾珠絲杠螺母，20.Y軸方向精密光柵尺，21.縱向進給托架，22.Y軸拖板，23.調(diào)平柔性鉸鏈，24.機械封裝式壓電陶瓷，25.超聲振動平臺，26.工作臺主體，27.夾具，28.待加工工件，29.拖鏈a，30.Z軸精密導(dǎo)軌，31.Z軸伺服電機，32.立柱，33.Z軸進給聯(lián)軸器，34.Z軸方向精密滾珠絲杠，35.Z軸方向滾珠絲杠螺母，36.Z軸方向精密光柵尺，37.Z軸拖板，38.延伸塊，39.一維微納米移動平臺，40.主軸電機，41.主軸安裝架，42.刀柄，43.刀具，44.光柵讀數(shù)頭支座a，45.光柵讀數(shù)頭支座b，46.馬達座a，47.馬達座b，48.滑塊a，49.滑塊b，50.軸承座a，51.軸承座b，52.馬達座c，53.光柵讀數(shù)頭支座c，54.滑塊c，55.拖鏈b。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由機械-檢測一體化機構(gòu)及控制機構(gòu)經(jīng)拖鏈a29、拖鏈b55連接構(gòu)成。

機械-檢測一體化機構(gòu)，包括有機身主體，機身主體由水平設(shè)置的機座6和垂直設(shè)置于機座6上表面上的立柱32構(gòu)成；機座6的上表面上設(shè)置有X軸方向進給單元，X軸方向進給單元上連接有Y軸方向進給單元，Y軸方向進給單元上設(shè)置有XY平面微調(diào)平單元，XY平面微調(diào)平單元上設(shè)置有超聲振動平臺25，超聲振動平臺25上設(shè)置有工作臺；立柱32上分別設(shè)置有Z軸方向進給單元、主軸單元，且Z軸方向進給單元與主軸單元連接；X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、XY平面微調(diào)平單元及超聲振動平臺25均通過拖鏈b55與控制機構(gòu)連接，Z軸方向進給單元、主軸單元均通過拖鏈a29與控制機構(gòu)連接。

X軸方向進給單元以可拆卸的方式與機座6連接，Y軸方向進給單元以可拆卸的方式與X軸方向進給單元連接。Z軸方向進給單元和主軸單元均以可拆卸的方式與立柱32連接。

其中，機座6和立柱32采用花崗巖加工而成。

控制機構(gòu)，如圖1及圖2所示，包括有計算機1，計算機1分別通過導(dǎo)線與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、Z軸方向進給單元連接；計算機1還分別通過導(dǎo)線與一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2、機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源3、電機驅(qū)動電源4及超聲控制電源5連接；一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2通過導(dǎo)線與Z軸方向進給單元連接，機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源3通過導(dǎo)線與XY平面微調(diào)平單元連接，電機驅(qū)動電源4分別通過導(dǎo)線與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、Z軸方向進給單元及主軸單元連接，超聲控制電源5通過導(dǎo)線與超聲振動平臺25連接；上述用到所有導(dǎo)線分成兩部分：一部分導(dǎo)線設(shè)置于拖鏈a29中，作為控制機構(gòu)與Z軸方向進給單元及主軸單元的連接線，另一部分導(dǎo)線設(shè)置于拖鏈b55內(nèi)，作為控制機構(gòu)與X軸方向進給單元、Y軸方向進給單元、XY平面微調(diào)平單元及超聲振動平臺25之間的連接線。

X軸方向進給單元，如圖1及圖3所示，包括有橫向進給托架9；橫向進給托架9，包括有矩形橫向支撐板，且矩形橫向支撐板在機座6的上表面上沿X軸方向固定設(shè)置；在矩形橫向支撐板的上表面上靠近兩相對的長邊處各設(shè)置一條X軸精密導(dǎo)軌14，矩形橫向支撐板的一長側(cè)面上設(shè)置有X軸方向精密光柵尺11內(nèi)的標尺光柵，矩形橫向支撐板上表面上兩相對短邊上各垂直設(shè)置一個軸承座a50，兩個軸承座a50的軸孔之間連接有X軸方向精密滾珠絲杠15，X軸方向精密滾珠絲杠15的一端通過X軸進給聯(lián)軸器8與X軸伺服電機7連接，X軸伺服電機7與電機驅(qū)動電源4連接，X軸伺服電機7固定于馬達座a46上，馬達座a46固定于機座6的上表面，且馬達座a46與一個軸承座a50連為一體；X軸方向精密滾珠絲杠15上套接有X軸方向滾珠絲杠螺母13，X軸方向滾珠絲杠螺母13的螺母座與豎直設(shè)置的X軸拖板12連為一體，X軸拖板12的上部與Y軸方向進給單元連接，X軸拖板12的下部與滑塊a48連接，且滑塊a48能在兩條X軸精密導(dǎo)軌14上滑動，X軸拖板12上設(shè)置有X軸光柵讀數(shù)頭支座a44，X軸方向精密光柵尺11內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于X軸光柵讀數(shù)頭支座a44上，且X軸方向精密光柵尺11內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機1連接；由X軸伺服電機7通過X軸進給聯(lián)軸器8把轉(zhuǎn)動傳遞給X軸方向精密滾珠絲杠15一起轉(zhuǎn)動，X軸方向精密滾珠絲杠15的轉(zhuǎn)動通過X軸方向滾珠絲杠螺母13轉(zhuǎn)變?yōu)閄軸拖板12沿兩條X軸精密導(dǎo)軌14在X軸方向精密直線進給，X軸方向精密光柵尺11內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合，用于實現(xiàn)對X軸方向進給量進行檢測。

如圖1及圖3所示，馬達座a46呈立方體狀框架狀，且質(zhì)量較輕，馬達座a46的底部能固定于機座6的上表面上，馬達座a46內(nèi)部用于容納X軸進給聯(lián)軸器8并能將X軸伺服電機7固定住。

X軸方向精密光柵尺11為KA300系列精密光柵尺，主要由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，且在該光柵讀數(shù)頭內(nèi)設(shè)置有指示光柵。

Y軸方向進給單元，如圖1及圖3所示，包括有縱向進給托架21；縱向進給托架21，包括有固定于X軸拖板12上部的矩形縱向支撐板，且矩形縱向支撐板與橫向進給托架9垂直；在矩形縱向支撐板的上表面上靠近兩相對的長邊處各設(shè)置一條Y軸精密導(dǎo)軌17，矩形縱向支撐板的一長側(cè)面上設(shè)置有Y軸方向精密光柵尺20內(nèi)的標尺光柵；矩形縱向支撐板兩相對短邊上各垂直設(shè)置一個軸承座b51，兩個軸承座b51的軸孔之間連接有Y軸方向精密滾珠絲杠18，Y軸方向精密滾珠絲杠18的一端通過Y軸進給聯(lián)軸器16與Y軸伺服電機10連接，Y軸伺服電機10與電機驅(qū)動電源4連接，且Y軸伺服電機10設(shè)置于馬達座b47上，馬達座b47設(shè)置于矩形縱向支撐板上且與一個軸承座b51連為一體；Y軸方向精密滾珠絲杠18上套接有Y軸方向滾珠絲杠螺母19，Y軸方向滾珠絲杠螺母19的螺母座與豎直設(shè)置的Y軸拖板22連為一體，Y軸拖板22的上部設(shè)置有XY平面微調(diào)平單元，Y軸拖板22的下部連接滑塊b49，滑塊b49能在兩條Y軸精密導(dǎo)軌17上滑動；Y軸拖板22上設(shè)置有光柵讀數(shù)頭支座b45，Y軸方向精密光柵尺20內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于光柵讀數(shù)頭支座b45上，且Y軸方向精密光柵尺20內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機1連接；由Y軸伺服電機10通過Y軸進給聯(lián)軸器16把轉(zhuǎn)動傳遞給Y軸方向精密滾珠絲杠18一起轉(zhuǎn)動，Y軸方向精密滾珠絲杠18的轉(zhuǎn)動通過Y軸方向滾珠絲杠螺母19轉(zhuǎn)變?yōu)閅軸拖板22沿兩條Y軸精密導(dǎo)軌17在Y軸方向精密直線進給，Y軸方向精密光柵尺20內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合，用于實現(xiàn)對Y軸方向進給量進行檢測。

馬達座b47的結(jié)構(gòu)與馬達座a46的結(jié)構(gòu)相同，均呈立方體框架狀，馬達座b47能固定于矩形縱向支撐板的上，馬達座b47內(nèi)部用于容納Y軸進給聯(lián)軸器16并能將Y軸伺服電機10固定住。

Y軸方向精密光柵尺20為KA300系列精密光柵尺，主要由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，且在該光柵讀數(shù)頭內(nèi)設(shè)置有指示光柵。

XY平面微調(diào)平單元，如圖2及圖3所示，包括有調(diào)平柔性鉸鏈23，超聲振動平臺25設(shè)置于調(diào)平柔性鉸鏈23上；調(diào)平柔性鉸鏈23內(nèi)設(shè)置有兩個機械封裝式壓電陶瓷24，每個機械封裝式壓電陶瓷24均與機械封裝式壓電陶瓷驅(qū)動電源3連接，分別驅(qū)動兩個機械封裝式壓電陶瓷24能產(chǎn)生微位移，用以實現(xiàn)XY平面相對水平。

機械封裝式壓電陶瓷24的型號為芯明天PST150VS250。

工作臺，如圖3所示，包括有工作臺主體26，工作臺主體26的上表面保持水平，且在工作臺主體26的上表面上設(shè)置有用于夾持待加工工件28的夾具27，工作臺主體26的下表面與超聲振動平臺25連接，經(jīng)計算機1和超聲控制電源5的控制，超聲振動平臺25能帶動工作臺主體26實現(xiàn)X、Y軸方向的超聲振動，從而在微細切削加工中加載超聲作用，提高切削加工質(zhì)量。

Z軸方向進給單元，如圖1及圖4所示，包括有兩條Z軸精密導(dǎo)軌30，且兩條Z軸精密導(dǎo)軌30分別固定于立柱32一側(cè)面上兩相對的側(cè)邊處，Z軸方向精密光柵尺36內(nèi)的標尺光柵靠近一條Z軸精密導(dǎo)軌30設(shè)置；兩條Z軸精密導(dǎo)軌30之間平行的架設(shè)有一根Z軸方向精密滾珠絲杠34，Z軸方向精密滾珠絲杠34的一端通過Z軸進給聯(lián)軸器33連接Z軸伺服電機31，Z軸伺服電機31與電機驅(qū)動電源4連接，Z軸伺服電機31設(shè)置于馬達座c52上，馬達座c52固定于立柱32上；Z軸方向精密滾珠絲杠34上套接有Z軸方向滾珠絲杠螺母35，Z軸方向滾珠絲杠螺母35的螺母座與豎直設(shè)置的Z軸拖板37連接，Z軸拖板37的下部連接滑塊c54，且滑塊c54能在兩條Z軸精密導(dǎo)軌30上滑動；Z軸拖板37上設(shè)置有光柵讀數(shù)頭支座c53，Z軸方向精密光柵尺36內(nèi)的光柵讀數(shù)頭設(shè)置于光柵讀數(shù)頭支座c53上，且Z軸方向精密光柵尺36內(nèi)的光柵讀數(shù)頭與計算機1連接；Z軸伺服電機31通過Z軸進給聯(lián)軸器33把轉(zhuǎn)矩傳遞給Z軸方向精密滾珠絲杠34，Z軸方向精密滾珠絲杠34的轉(zhuǎn)動通過Z軸方向滾珠絲杠螺母35轉(zhuǎn)變?yōu)閆軸拖板37沿Z軸精密導(dǎo)軌30的Z軸方向精密直線移動進給；Z軸拖板37上設(shè)置有延伸塊38，且在延伸塊38上設(shè)置有一維微納米移動平臺39，用于實現(xiàn)Z軸方向的微納米進給，Z軸精密光柵尺36內(nèi)的標尺光柵和光柵讀數(shù)頭相互配合用于對Z軸方向進給量進行檢測，一維微納米移動平臺39分別與主軸單元、一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2連接。

Z軸方向精密光柵尺36為KA300系列精密光柵尺，主要由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，且在該光柵讀數(shù)頭內(nèi)設(shè)置有指示光柵。

設(shè)置延伸塊38主要目的在于：能用于調(diào)整一維微納米移動平臺39的空間位置，以適應(yīng)工件的加工需求主軸單元。

如圖4所示，馬達座c52呈板狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，馬達座c52的底部能固定于立柱32上，用于支撐Z軸伺服電機31。

主軸單元，如圖1及圖4所示，包括有主軸電機安裝架41，主軸電機安裝架41的一側(cè)端面與一維微納米移動平臺39連接，且主軸電機安裝架41的上表面上設(shè)置有主軸電機40，主軸電機安裝架41的下表面的中央通過刀柄42連接刀具43，且主軸電機40通過驅(qū)動軸與刀柄42連接，主軸電機40能通過刀柄42把轉(zhuǎn)矩傳遞給刀具43。

X軸精密光柵尺11、Y軸精密光柵尺20、Z軸精密光柵尺36測得的位移均傳送至計算機1內(nèi)，計算機1分別按照加工要求控制電機驅(qū)動電源4分別驅(qū)動X軸伺服電機7、Y軸伺服電機10及Z軸伺服電機31，最終實現(xiàn)X軸、Y軸、Z軸三個方向進給，Z軸方向的微納米進給由計算機1控制一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2驅(qū)動一維微納米移動平臺39實現(xiàn)，主軸電機40的控制根據(jù)加工要求由計算機1控制電機驅(qū)動電源4實現(xiàn)，超聲振動平臺25的工作由超聲控制電源5進行控制。

利用一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)對硬脆材料進行切削加工的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、分別啟動計算機1、電機驅(qū)動電源4、一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2及超聲控制電源5；

步驟2、根據(jù)待加工工件28的尺寸及加工尺寸要求編寫刀具43相對于待加工工件28的行走進給軌跡加工程序及加載超聲作用代碼；

步驟3、將待加工工件28安裝在夾具27上；

步驟4、用計算機1控制電機驅(qū)動電源4分別驅(qū)動X軸伺服電機7、Y軸伺服電機10及Z軸伺服電機31工作，根據(jù)工件尺寸加工要求調(diào)整待加工工件28相對于刀具43的位置實現(xiàn)對刀；

步驟5、用計算機1按照步驟2編寫的加工工件的程序代碼控制電機驅(qū)動電源4分別驅(qū)動X軸伺服電機7、Y軸伺服電機10、Z軸伺服電機31及主軸電機40，同時控制一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2驅(qū)動一維微納米移動平臺39實現(xiàn)微納米進給，控制超聲控制電源5驅(qū)動超聲振動平臺25實現(xiàn)X、Y兩個方向的超聲振動，最終完成工件輪廓表面微細切削；

步驟6、關(guān)閉電計算機1、電機驅(qū)動電源4、一維微納米移動平臺用驅(qū)動控制電源2及超聲控制電源5，最后取下加工好的工件，清理機床。

本實用新型一種硬脆材料的超聲作用下微細切削加工系統(tǒng)，解決了對硬脆材料塑性域微細切削加工困難的問題，實現(xiàn)了不同的硬脆材料在其塑性域的微細切削加工。