本發(fā)明屬于超精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種五軸聯(lián)動(dòng)能場(chǎng)復(fù)合輔助超精密加工車銑一體式機(jī)床。

背景技術(shù)：

1、激光加熱輔助加工技術(shù)和超聲橢圓振動(dòng)輔助加工技術(shù)是針對(duì)難加工材料的新型加工技術(shù)，激光憑借其優(yōu)異的方向性、單色性、相干性和高功率成形能力，成為局部加熱的理想熱源，但是激光在加工時(shí)會(huì)引起燒灼現(xiàn)象，在加工表面產(chǎn)生微細(xì)龜裂。振動(dòng)輔助加工使刀具和加工工件間歇性接觸，可以顯著減小切削力和刀具磨損，提高工件表面質(zhì)量，但是在加工過(guò)程中易受交變應(yīng)力影響而發(fā)生崩刃現(xiàn)象。兩種方法各有優(yōu)劣，因此將能場(chǎng)耦合進(jìn)行難加工材料的加工成為一大研究熱點(diǎn)。

2、現(xiàn)有的超精密機(jī)床對(duì)于安裝激光裝置和超聲裝置有很大的限制，對(duì)裝置的外形和大小均有限制，也可能會(huì)造成很大的安裝誤差。因此，需要設(shè)計(jì)一款基于激光加熱輔助和超聲振動(dòng)輔助的超精密加工機(jī)床，同時(shí)將車削和銑削的裝置集于一臺(tái)機(jī)床上，將激光裝置和超聲裝置在機(jī)床設(shè)計(jì)之初就考慮進(jìn)來(lái)，減少安裝誤差。同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的控制算法精確控制超聲系統(tǒng)和激光系統(tǒng)，配合超精密加工提高難加工材料的可加工性。

3、專利號(hào)：cn201710120586.9，三維橢圓振動(dòng)輔助切削裝置設(shè)計(jì)方法中柔性鉸鏈支鏈為直桿，且柔性鉸鏈為單軸，僅實(shí)現(xiàn)放大和傳遞位移的作用，放大比不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多角度位移傳遞、分解與合成。

4、期刊：結(jié)構(gòu)力學(xué)中關(guān)于曲桿結(jié)構(gòu)位移計(jì)算方法探討，文章中曲桿為等截面曲桿，本發(fā)明中柔性鉸鏈支鏈位移計(jì)算方法為變截面曲桿位移計(jì)算方法。

5、專利號(hào)：cn202221755427.9，一種五軸臥式加工中心機(jī)床采用的是絲杠傳動(dòng)，在高負(fù)載情況下容易產(chǎn)生較大的摩擦和磨損，壽命較低。

6、專利號(hào)：cn202110075133.5，激光超聲復(fù)合車削加工裝置選用的是外置激光裝置，激光器隔離器調(diào)整不便，且僅有外置裝置，激光器聚焦精度不足；超聲裝置為單激勵(lì)，振動(dòng)效果不如多激勵(lì)超聲裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種集激光加熱、超聲振動(dòng)和超精密加工于一體，并將車削和銑削復(fù)合的機(jī)床，目的是實(shí)現(xiàn)激光加熱超聲振動(dòng)復(fù)合輔助超精密加工，同時(shí)將車削和銑削集于一體，可以更好的提高難加工材料的可加工性。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合附圖：

3、激光加熱超聲振動(dòng)輔助超精密加工車銑一體機(jī)床，其特征在于，包括自調(diào)平式氣浮隔振平臺(tái)1、x軸平動(dòng)模組2、y軸平動(dòng)模組3、z軸平動(dòng)模組4、b軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組5、c軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組6、激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削模組7、激光加熱超聲振動(dòng)銑削輔助模組8、保溫罩模組9；所述x軸平動(dòng)模組2和z軸平動(dòng)模組4均放置于自調(diào)平式氣浮隔振平臺(tái)1上，所述y軸平動(dòng)模組3通過(guò)螺釘連接固定于x軸平動(dòng)模組2上，所述c軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組6通過(guò)螺釘連接固定于y軸平動(dòng)模組3上，所述b軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組5通過(guò)螺釘連接固定于z軸平動(dòng)模組4上，所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削模組7和激光加熱超聲振動(dòng)銑削模組8均通過(guò)螺釘連接固定于b軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組5上，保溫罩模組9通過(guò)螺釘連接固定于自調(diào)平式氣浮隔振平臺(tái)1上。

4、進(jìn)一步地，所述自調(diào)平式氣浮隔振平臺(tái)1包括大理石底座101、l形支撐架102、自調(diào)平式氣浮隔振器103、工字形支撐架104、調(diào)整地腳螺栓105；四個(gè)調(diào)整地腳螺栓105通過(guò)螺釘連接固定于工字形支撐架104下方；四個(gè)自調(diào)平式氣浮隔振器103通過(guò)螺釘連接固定于工字形支撐架104上方；四個(gè)l形支撐架102通過(guò)螺釘連接固定于自調(diào)平式氣浮隔振器103上；大理石底座101放置于l形支撐架102上。

5、更進(jìn)一步地，所述x軸平動(dòng)模組2包括承導(dǎo)件一201、導(dǎo)軌一202、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子一203、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子一204、溜板一205、光柵尺定尺一206、光柵尺讀數(shù)頭一207、l形支撐架一208、限位開關(guān)一209、回油箱一210、風(fēng)琴罩一211、z字形擋板一212；承導(dǎo)件一201通過(guò)螺釘連接固定于回油箱一210中；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子一203通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件一201中部；兩個(gè)導(dǎo)軌一202通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件一201上；溜板一205安裝于導(dǎo)軌一202上；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子一204通過(guò)螺釘連接固定于溜板一205中部；光柵尺定尺一206通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件一201的一側(cè)；光柵尺讀數(shù)頭一207通過(guò)螺釘連接固定于l形支撐架一208上；l形支撐架一208通過(guò)螺釘連接固定于溜板一205一側(cè)；限位開關(guān)一209通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件一201一側(cè)；z字形擋板一212通過(guò)螺釘連接固定于溜板一205一側(cè)；風(fēng)琴罩一211兩端通過(guò)螺釘連接分別固定于回油箱一210和溜板一205上。

6、進(jìn)一步地，所述y軸平動(dòng)模組3包括重力平衡無(wú)摩擦氣缸301、上端蓋302、止推板303、側(cè)板304、防撞板305、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子二306、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子二307、光柵尺定尺二308、光柵尺讀數(shù)頭二309、溜板二310、下端蓋311、后端蓋312；重力平衡無(wú)摩擦氣缸301內(nèi)部連桿通過(guò)螺釘連接固定于溜板二310上方，氣缸桶通過(guò)螺釘連接固定于上端蓋上方；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子二307通過(guò)螺釘連接固定于溜板二310左側(cè)；光柵尺讀數(shù)頭二309通過(guò)螺釘連接固定于溜板二310右側(cè)；止推板303通過(guò)螺釘連接固定于上端蓋302和下端蓋311兩側(cè)；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子二306通過(guò)螺釘連接固定于左止推板303上；光柵尺定尺二308通過(guò)螺釘連接固定于右止推板303上；側(cè)板304通過(guò)螺釘連接固定于止推板303兩側(cè)；后端蓋312通過(guò)螺釘連接固定于上端蓋302、下端蓋311后面。

7、更進(jìn)一步地，所述z軸平動(dòng)模組4包括承導(dǎo)件二401、導(dǎo)軌二402、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子三403、無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子三404、溜板三405、光柵尺定尺三406、光柵尺讀數(shù)頭三407、l形支撐架二408、限位開關(guān)二409、回油箱二410、風(fēng)琴罩二411、z字形擋板二412；承導(dǎo)件二401通過(guò)螺釘連接固定于回油箱二410中；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)定子三403通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件二401中部；兩個(gè)導(dǎo)軌二402通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件二401上；溜板三405安裝于導(dǎo)軌二402上；無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)動(dòng)子三404通過(guò)螺釘連接固定于溜板三405中部；光柵尺定尺三406通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件二401的一側(cè)；光柵尺讀數(shù)頭三407通過(guò)螺釘連接固定于l形支撐架二408上；l形支撐架二408通過(guò)螺釘連接固定于溜板三405一側(cè)；限位開關(guān)二409通過(guò)螺釘連接固定于承導(dǎo)件二401一側(cè)；z字形擋板二412通過(guò)螺釘連接固定于溜板三405一側(cè)；風(fēng)琴罩二411兩端通過(guò)螺釘連接分別固定于回油箱二410和溜板三405上。

8、進(jìn)一步地，所述b軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組5包括上止推板501、擋油環(huán)一502、止推軸承503、徑向軸承504、轉(zhuǎn)軸505、下止推板506、軸套507、力矩電機(jī)動(dòng)子508、力矩電機(jī)定子509、力矩電機(jī)定子支架510、轉(zhuǎn)臺(tái)基座511、轉(zhuǎn)軸連接件512、圓光柵讀數(shù)頭513、圓光柵定尺514；轉(zhuǎn)軸連接件512通過(guò)鍵連接固定于轉(zhuǎn)臺(tái)基座511中部；圓光柵讀數(shù)頭513通過(guò)螺釘連接固定于轉(zhuǎn)軸連接件512上；圓光柵定尺514通過(guò)鍵連接固定于轉(zhuǎn)臺(tái)基座511上；轉(zhuǎn)軸505通過(guò)鍵連接固定于轉(zhuǎn)軸連接件512上；軸套507通過(guò)鍵連接固定于轉(zhuǎn)軸505上；力矩電機(jī)動(dòng)子508通過(guò)螺釘連接固定于軸套507上；力矩電機(jī)定子509通過(guò)螺釘連接固定于力矩電機(jī)定子支架510上；力矩電機(jī)定子支架510通過(guò)螺釘連接固定于轉(zhuǎn)臺(tái)基座511；下止推板506通過(guò)螺釘連接固定于轉(zhuǎn)臺(tái)基座511；上止推板501通過(guò)鍵連接固定于轉(zhuǎn)軸505上；止推軸承503通過(guò)螺釘連接固定于轉(zhuǎn)臺(tái)基座511上；徑向軸承504安裝于止推軸承503和轉(zhuǎn)軸505之間。

9、更進(jìn)一步地，所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削模組7包括六邊形支架701、底板一702、拋物線形柔性鉸鏈703、朗之萬(wàn)振子704、激光器隔離器一705、三軸精密位移臺(tái)706；六邊形支架701通過(guò)螺釘連接固定于底板一702上；朗之萬(wàn)振子通過(guò)螺釘連接固定于六邊形支架701中；拋物線形柔性鉸鏈703通過(guò)螺栓連接固定于朗之萬(wàn)振子704上；三軸精密位移臺(tái)706通過(guò)螺釘連接固定于六邊形支架701內(nèi)部；激光器隔離器一705通過(guò)螺釘連接固定于三軸精密位移臺(tái)706上。

10、更進(jìn)一步地，所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組8包括底板二801、超聲振子支架802、超聲振子803、銑刀支架804、立柱805、電機(jī)一806、弧形旋轉(zhuǎn)軸807、弧形導(dǎo)軌808、溜板四809、激光器隔離器二810、電機(jī)二811；超聲振子支架802通過(guò)螺釘連接固定于底板二801上；銑刀支架804通過(guò)螺釘連接固定于底板二801；立柱805通過(guò)螺釘連接固定于大理石底座101；電機(jī)一806通過(guò)螺釘連接固定于左立柱805上；弧形旋轉(zhuǎn)軸807一端與電機(jī)一806相連，另一端與右立柱805相連；弧形導(dǎo)軌808通過(guò)螺釘連接固定于弧形旋轉(zhuǎn)軸807；電機(jī)二811通過(guò)螺釘連接固定于溜板四809；溜板四809安裝于弧形導(dǎo)軌808；激光器隔離器二810通過(guò)螺釘連接固定于溜板四809。

11、本發(fā)明同時(shí)提供激光加熱超聲振動(dòng)輔助超精密加工車銑一體機(jī)床的控制方法，其加工控制過(guò)程主要包括以下步驟：

12、步驟一、通過(guò)精密測(cè)量?jī)x器對(duì)待加工的毛坯或半成品件進(jìn)行測(cè)量，獲得工件點(diǎn)云數(shù)據(jù)和初始參數(shù)，通過(guò)曲面重構(gòu)獲取測(cè)量模型；

13、步驟二、通過(guò)匹配比較測(cè)量模型與設(shè)計(jì)模型間的加工余量值，解析設(shè)計(jì)模型的幾何信息，根據(jù)初始參數(shù)和加工余量對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，確定合適的切削深度、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)；

14、步驟三、根據(jù)加工參數(shù)，選擇合適的超聲系統(tǒng)輸入?yún)?shù)，根據(jù)各部分幾何關(guān)系與位移傳遞關(guān)系，進(jìn)而確定刀尖微動(dòng)軌跡；

15、步驟四、根據(jù)加工參數(shù)，求解刀具的加工軌跡，進(jìn)而生成軌跡的相應(yīng)數(shù)控加工代碼，其包含每個(gè)軸的數(shù)據(jù)信息；

16、步驟五、根據(jù)加工參數(shù)，求解激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組外置激光器系統(tǒng)移動(dòng)軌跡，進(jìn)而生成相應(yīng)數(shù)控代碼；

17、步驟六、將加工軌跡數(shù)控代碼輸入到數(shù)控加工機(jī)床，進(jìn)行工件的數(shù)控加工作業(yè)；

18、步驟七、通過(guò)精密測(cè)量?jī)x器對(duì)加工后的半成品或成品進(jìn)行測(cè)量，工件加工表面的各項(xiàng)參數(shù)；

19、步驟八、若測(cè)量模型各項(xiàng)參數(shù)在精度要求的范圍內(nèi)，則完成加工；

20、步驟九、若測(cè)量模型各項(xiàng)參數(shù)超出了工件精度所要求的范圍，則返回步驟一繼續(xù)對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量加工，進(jìn)入下一個(gè)加工循環(huán)。

21、所述的激光加熱超聲振動(dòng)輔助超精密加工車銑一體機(jī)床刀尖微動(dòng)軌跡生成方法，其特征在于：可將刀尖微動(dòng)軌跡分為激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削模組刀尖微動(dòng)軌跡和激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組刀尖微動(dòng)軌跡求解。

22、所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削模組為原位激光加熱系統(tǒng)，對(duì)刀具微動(dòng)軌跡沒(méi)有影響，所以其刀具的微動(dòng)軌跡由三個(gè)超聲振子提供，假設(shè)刀尖點(diǎn)初始坐標(biāo)為(0,0,0)，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后刀尖點(diǎn)坐標(biāo)為(xdt,ydt,zdt)，根據(jù)對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)分解進(jìn)一步求解刀具微動(dòng)軌跡，這一求解過(guò)程包括以下內(nèi)容：

23、(1)以刀尖初始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，從o0到p0方向?yàn)閦軸方向，從o0到a0方向?yàn)閤軸方向，根據(jù)笛卡爾左手坐標(biāo)系確定y軸方向，則建立刀具坐標(biāo)系。

24、(2)刀尖的微動(dòng)由三個(gè)超聲振子提供，設(shè)f為頻率，t為時(shí)間，a7、a8、a9為壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入位移的振幅，θ1、θ2、θ3為初相位且具有相位差，可得壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)信號(hào)為：三個(gè)超聲振子是由壓電陶瓷片提供驅(qū)動(dòng)位移z7、z8、z9，且經(jīng)由變幅桿可放大驅(qū)動(dòng)位移，本發(fā)明選用變幅桿可將壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)位移z7、z8、z9放大2倍，則可得超聲振子提供給柔性鉸鏈支鏈的輸入位移z4＝2z7、z5＝2z8、z6＝2z9，且三個(gè)超聲振子分別具有一定的相位差，則z4、z5、z6不同，可假設(shè)z4≤z5≤z6。

25、(3)柔性鉸鏈支鏈為矩形變截面拋物線形桿，以超聲振子一所處柔性鉸鏈支鏈為例，建立局部坐標(biāo)系。超聲振子一提供位移為z4，力為f1＝f[z4(t)]；以分別表示單位載荷作用下的彎矩、剪力、軸力，且ercs、ga、ea分別表示支鏈截面的抗彎、抗剪及抗拉剛度；a為支鏈截面面積，且a＝∫ap2cos(arctan(f'(xp)))dxp；ap為支鏈寬度；f'(xp)為拋物線任一點(diǎn)斜率方程；xp為支鏈在局部坐標(biāo)系各點(diǎn)橫坐標(biāo)；k是一個(gè)與截面形狀有關(guān)的系數(shù)；α為材料線膨脹系數(shù)；h為支鏈截面高度，且h＝∫apcos(arctan(f'(xp)))dxp；m、fs、fn分別為彎矩、剪力、軸力；t0為桿軸處溫度變化；δt為截面上下邊緣溫度改變的差；rc軸線曲率半徑；微段軸線長(zhǎng)ds；s＝ayp為曲桿截面對(duì)中性軸的面積矩，yp為截面形心軸與中性軸的距離。

26、根據(jù)虛功原理，采用單位載荷法可計(jì)算出在載荷作用、溫度變化等因素綜合作用下，變截面拋物線形桿位移計(jì)算公式為：

27、

28、根據(jù)公式可求得柔性鉸鏈支鏈輸出位移z1，同理可得z2、z3。

29、(4)由于使用的是多軸柔性鉸鏈，每個(gè)柔性鉸鏈具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，拋物線形桿位移z1、z2、z3經(jīng)柔性鉸鏈傳遞后，可分別分解為三個(gè)位移。例如：設(shè)位移z1與xoy平面的夾角為α1，與yoz平面的夾角為β1，則可得柔性鉸鏈位移傳遞表達(dá)式為同理可得其中x、y方向的位移只對(duì)刀尖有水平位置的改變，故可直接相加，則可得刀尖微動(dòng)軌跡一

30、(5)z方向的位移會(huì)使刀尖傾斜，其三個(gè)分位移z11、z21、z31不可以直接相加，故將位移合成過(guò)程分解為三部分，依次將輸入位移z11、z21、z31輸入到柔性鉸鏈支鏈上，如圖12所示。其中，設(shè)柔性鉸鏈刀架原點(diǎn)到刀尖初始點(diǎn)距離設(shè)為l1，坐標(biāo)原點(diǎn)到其中一個(gè)超聲振子的距離為l2。，則根據(jù)三個(gè)分過(guò)程的幾何關(guān)系可得刀尖微動(dòng)軌跡二為：

31、

32、(6)將刀尖微動(dòng)軌跡一與刀尖微動(dòng)軌跡二合并可得刀尖微動(dòng)軌跡方程為：

33、

34、所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組為單激勵(lì)超聲振子，故刀具微動(dòng)軌跡較為簡(jiǎn)單，輸入電壓信號(hào)至壓電陶瓷片中，壓電陶瓷片輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使超聲振子沿軸向發(fā)生相應(yīng)的位置改變量s，位置改變量s隨控制電壓的變化函數(shù)為s＝f[a(u),f(u),θ(u),u]，其中a(u)為超聲振子振動(dòng)的幅值，f(u)為超聲振子振動(dòng)的頻率，θ(u)為超聲振子振動(dòng)的相位差，其中u＝u(t)。則將u＝u(t)代入s＝f[a(u),f(u),θ(u),u]可得刀尖的位置改變量，由于只有一個(gè)超聲振子輸入，故也為激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組的刀尖微動(dòng)方程。

35、所述激光加熱超聲振動(dòng)輔助銑削模組為外置激光組，為實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)加熱工件，需對(duì)外置激光組進(jìn)行控制。以銑刀刀尖點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閤軸，以豎直向上方向?yàn)閦軸，根據(jù)笛卡爾左手坐標(biāo)系建立坐標(biāo)軸確定y軸方向。設(shè)弧形導(dǎo)軌的半徑為r，弧形導(dǎo)軌所在平面與xmomzm平面夾角為γ＝γ(t),激光隔離器所處任一位置與xmomym夾角為δ＝δ(t),立柱高為h1,故有幾何關(guān)系可得激光隔離器一在刀具坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)方程為：

36、

37、激光隔離器二與激光隔離器一關(guān)于yoz平面對(duì)稱，故激光隔離器二的運(yùn)動(dòng)方程為：

38、

39、以c軸中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿垂直軸向上方向?yàn)閥軸，沿x軸平動(dòng)模組方向?yàn)閤軸，根據(jù)笛卡爾左手坐標(biāo)系建立坐標(biāo)軸確定z軸方向，則建立機(jī)床坐標(biāo)系。刀具坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)之間沿著刀具坐標(biāo)系z(mì)軸方向距離為a-vft，垂直沿著x軸距離為b-vyt，沿著y軸距離為c-vxt，vf為刀具進(jìn)給速度，vy為機(jī)床y軸移動(dòng)速度，vx為機(jī)床x軸移動(dòng)速度。當(dāng)?shù)毒咦鴺?biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)重合后，刀具坐標(biāo)系先圍繞其x軸旋轉(zhuǎn)180°，后圍繞其z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°即可與機(jī)床坐標(biāo)系重合。同時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)系：刀具坐標(biāo)系＝i：1，故將刀具坐標(biāo)系放大i倍可將刀具坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系。刀具坐標(biāo)系可通過(guò)轉(zhuǎn)換矩陣t(c-vxt,b-vyt,-a+vft)轉(zhuǎn)換至機(jī)床坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換矩陣可表示為：

40、

41、除轉(zhuǎn)換矩陣外，可通過(guò)推理任一點(diǎn)從刀具坐標(biāo)系到機(jī)床坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)關(guān)系式，得到坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系式。假設(shè)刀具坐標(biāo)系任一點(diǎn)位置坐標(biāo)為(xd,yd,zd),刀具坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)重合后任一點(diǎn)位置坐標(biāo)為(xj1,yj1,zj1)，故可得經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)變換后的任一點(diǎn)位置坐標(biāo)為(xj2,yj2,zj2)，故可得將其zj放大i倍即可得刀具坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。

42、車削坐標(biāo)系與銑削坐標(biāo)系均為刀具坐標(biāo)系，車削坐標(biāo)系原點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)b軸的中心點(diǎn)的水平距離為l1，銑削坐標(biāo)系原點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)b軸的中心點(diǎn)的水平距離為l2，車削坐標(biāo)系與銑削坐標(biāo)系的垂直距離為h2，在水平面上角度相差90°，車削坐標(biāo)系可通過(guò)轉(zhuǎn)換矩陣t1(l1,l2,-h2)轉(zhuǎn)換至銑削坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換矩陣可表示為：

43、

44、故車削坐標(biāo)系與銑削坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換可表示為：

45、本發(fā)明具有以下有益效果：

46、(1)采用自調(diào)平式氣浮隔振平臺(tái)可以使機(jī)床具有高結(jié)構(gòu)剛度、高振動(dòng)衰減性和良好的熱穩(wěn)定性、最大程度地減少外界振動(dòng)對(duì)機(jī)床的影響，提高機(jī)床加工精度，實(shí)現(xiàn)超精密加工；

47、(2)x軸和z軸設(shè)計(jì)為液體靜壓導(dǎo)軌，具有高剛度、良好的阻尼性能、低摩擦系數(shù)和無(wú)磨損性等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)依靠潤(rùn)滑油將導(dǎo)軌與溜板分離，可以平衡負(fù)載，提高導(dǎo)軌精度、剛度、承載力、壽命等，實(shí)現(xiàn)超精密加工；

48、(3)b軸設(shè)計(jì)為液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，利用液體靜壓支撐原理和靜壓軸承技術(shù)，在工作狀態(tài)下形成高壓油膜將轉(zhuǎn)臺(tái)定子和轉(zhuǎn)子分開和使誤差均化，避免二者直接接觸造成磨損，從而降低轉(zhuǎn)臺(tái)的摩擦阻力，消除低速爬行現(xiàn)象，提高承載力和剛度，提高轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)精度和回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性；

49、(4)y軸設(shè)計(jì)為垂直軸，同時(shí)設(shè)計(jì)有重力平衡無(wú)摩擦氣缸，可以在y軸工作時(shí)平衡溜板重力，提高穩(wěn)定性和加工精度，在y軸停止運(yùn)動(dòng)時(shí)可以有效防止溜板因失去驅(qū)動(dòng)而急速下降，造成損傷；

50、(5)x、y、z平動(dòng)軸和b轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別采用無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)和無(wú)框式直流力矩電機(jī)，無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)可以避免渦流損耗、齒槽效應(yīng)和降低磁吸引力，減少熱量的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)和精確的速度、位置控制；無(wú)框式直流力矩電機(jī)無(wú)需齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，避免中間環(huán)節(jié)的傳動(dòng)誤差干擾，顯著提高系統(tǒng)的剛性和響應(yīng)時(shí)間；

51、(6)x、y、z平動(dòng)軸和b轉(zhuǎn)軸位置反饋系統(tǒng)分別采用雷尼紹直線光柵和圓光柵，光柵配有霍爾元件可以精確電流，具有高速、低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、高精度、非接觸光學(xué)性能和零反向間隙等特點(diǎn)，可以精確反饋位置和速度信號(hào)；

52、(7)將激光加熱超聲振動(dòng)輔助車削系統(tǒng)設(shè)計(jì)為原位激光加熱-三維超聲振動(dòng)輔助加工裝置，可以顯著降低不良熱效應(yīng)影響，減小切削力和亞表面損傷；將刀架與柔性鉸鏈設(shè)計(jì)為一體式，避免螺釘連接帶來(lái)的振動(dòng)干擾；同時(shí)設(shè)計(jì)三軸精密位移臺(tái)，用于激光器隔離器的微調(diào)，提高加工精度；

53、(8)采用外置激光器配合銑削模組進(jìn)行加工，同時(shí)采用弧形導(dǎo)軌控制激光器隔離器方向，可以實(shí)現(xiàn)全方位、多角度地對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，使工件受熱均勻，提高工件的加工精度；

54、(9)通過(guò)激光加熱超聲振動(dòng)輔助超精密加工車銑一體機(jī)床刀尖微動(dòng)軌跡可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為刀尖微動(dòng)的機(jī)械信號(hào)，實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)精確控制；

55、(10)采用激光加熱超聲振動(dòng)輔助超精密加工車銑一體機(jī)床銑削模組中外置激光組的控制方式使激光精確打在銑刀刀尖處，實(shí)現(xiàn)工件軟化，提高加工精度；

56、(11)通過(guò)機(jī)床坐標(biāo)系、刀具坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換方式，以及刀具坐標(biāo)系中車削坐標(biāo)系和銑削坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)數(shù)控代碼的編譯。