[發明專利]一種弱剛度零件高速斷續超聲振動切削加工方法

有效

• 申請號: 201210200679.X
• 申請日: 2012-06-14
• 公開（公告）號: CN102717115A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 張德遠;隋翯;李文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23B37/00
• 分類號: B23B37/00;B23B1/00;B24B1/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種對弱剛度零件利用超聲振動切削進行高速加工的方法，更特別地說，是指一種運用縱向超聲振動技術，對弱剛度零件進行斷續、高效、高質量切削加工的方法。

背景技術

在機械制造領域中，弱剛度零件加工大量存在，如大直徑深孔長軸（外徑D大于200mm，長度L大于1000mm，孔深h大于500mm）外圓車削加工、薄壁盤（外徑與最小壁厚之比大于200）端面車削加工、深孔軸（深徑比大于50）內孔鏜削加工等，這些零件形狀復雜、余量大、材料難切削；精度與表面質量要求高，而且切削過程中在切削力、切削熱作用下易發生變形和顫振，所以極大的影響了工件的加工精度和表面質量。

橢圓振動切削技術由于特殊的加工機理，雖然能減小切削力，降低切削溫度，提高極限切削能力和加工質量，但由于切削線速度很小（一般4～6米/分），尤其加工大直徑回轉件，效率很低，因此在實際應用中受到了很大限制。

發明內容

為了提高弱剛度零件的加工質量和加工效率，本發明的目的是提出一種適用于對大直徑深孔長軸的高效加工弱剛度零件的高速斷續超聲振動切削方法，該加工方法僅用車削/鏜削方式實現整個弱剛度零件的加工，改變了傳統對弱剛度零件加工需要進行車削/鏜削→時效→磨削處理的步驟。本發明的加工方法極大地縮短了加工時間，提高了弱剛度零件的加工質量。本發明加工方法尤其能夠實現大直徑深孔長軸的高速、高效、高質量加工。

本發明的一種弱剛度零件高速斷續超聲振動切削加工方法，該加工方法是通過在現有車床上安裝超聲縱向振動切削裝置（30），并由超聲縱向振動切削裝置（30）產生的刀尖沿橢圓軌跡振動，結合車床控制端設計的大直徑深孔長軸的弱剛度零件的幾何特征，利用裝夾和定位工藝實現；具體加工方式為：

內孔鏜削條件：線速度8～12米/分，進給量0.08～0.1毫米/轉，切削深度0.05～0.1毫米；

內孔鏜削過程：裝夾已加工到所需余量的工件，夾緊要求距離卡盤位置10mm的跳動不大于0.002mm，右端面處的圓跳動不大于0.01mm，中心架支撐大直徑深孔長軸中心偏左10mm處，夾緊中心架（20），夾緊后要求工件中心軸與鏜削刀具（70）鏜桿中心軸同軸度在0.02毫米內，頂緊尾頂尖（40）；開始按照預先生成的刀具軌跡指令進行鏜削，直至加工到零件的規定尺寸；

高速精車削條件：線速度1000～1300米/分，進給量2～4毫米/秒，切削深度0.025～0.030毫米；

高速精車削過程：換刀程序執行，鏜削刀具（70）更換為超聲縱向振動切削裝置（30），頂緊機床液壓尾頂尖（40），準備進行外圓車削；頂緊后要求工件右端圓跳動不大于0.005mm；開始按照預先生成的刀具軌跡指令進行分步普通精車，當車削到加工余量剩余0.05mm后，程序自動中斷；

外圓車削條件：線速度1000～1300米/分，進給量2～4毫米/秒，切削深度0.008～0.010毫米，振動頻率20KHz，電壓50伏，電流1安培，雙邊振幅20微米；

外圓車削過程：換刀程序執行，應用超聲縱向振動切削裝置（30）準備進行外圓車削；頂緊后要求工件右端圓跳動不大于0.005mm；開始按照預先生成的刀具軌跡指令進行分步普通精車，當車到加工余量剩余0.05mm后，程序自動中斷；

改變支撐方式，然后進行第二刀、第三刀……外圓車削；

調轉工件，進行另一側的外圓車削，直至達到加工尺寸要求；

修磨右端中心孔條件：以中心孔磨床頂尖（50）頂緊工件左端中心孔，以中心孔磨床V型鐵（60）定位靠近右端中心孔的外圓表面，在中心孔磨床上修磨右端中心孔；修磨完成后著色檢驗，中心孔著色面積不小于95%且沿圓周不間斷；

修磨左端中心孔條件：以中心孔磨床頂尖（50）頂緊工件右端已修磨好的中心孔，以中心孔磨床V型鐵（60）定位靠近左端中心孔的外圓表面，在中心孔磨床上修磨左端中心孔；修磨完成后著色檢驗，中心孔著色面積不小于95%且沿圓周不間斷。

在本發明的一種弱剛度零件高速斷續超聲振動切削加工方法中，開啟預先調試好的振動車削裝置，在縱向上采用超聲縱向振動切削裝置（30）給刀具施加振幅為10μm的超聲頻率大振幅振動，通過調節振動驅動源的相位，使刀具的振動成為一個正弦軌跡的振動，使得此后的切削過程中刀具處于縱向振動狀態。

本發明對大直徑深孔長軸的高速斷續超聲振動切削方法的優點在于：

①通過高速斷續振動的切削原理，突破了振動切削的速度限制，達到高速（1000～1300米/分）、高效加工的目的。