[發(fā)明專利]一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310324174.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN103447832A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐國(guó)翌;王海波;宋國(guó)林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): B23P25/00
• 分類號(hào): B23P25/00;B23D79/00
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標(biāo)代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;閻蕊香

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬加工領(lǐng)域，具體涉及一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

目前，金屬材料切削加工領(lǐng)域所面臨的一個(gè)主要難題是某些難加工金屬材料硬度很大或者加工硬化嚴(yán)重，造成切削力急劇增大，進(jìn)而導(dǎo)致刀具損耗和破壞加劇，使得難加工金屬材料的加工效率低下，成本高昂。有時(shí)為了降低切削力，生產(chǎn)中會(huì)將被加工材料送入熱處理爐進(jìn)行軟化退火處理，適當(dāng)減小材料硬度，增強(qiáng)塑性以提高其切削加工性能。但這種熱處理軟化退火增加了額外的工作時(shí)間，使得加工效率大為降低、成本升高。與此同時(shí)，熱處理軟化退火會(huì)在材料表面產(chǎn)生氧化墊，由此所帶來(lái)的酸洗處理會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，損害操作工人的身心健康。特別是對(duì)于硬度高、硬化率高的難加工金屬材料，以上問(wèn)題尤為嚴(yán)重，加工成本往往會(huì)占到成品工件總成本的1/3甚至1/2。因此，開發(fā)加工效率高、成本低的環(huán)境友好型難加工金屬切削加工技術(shù)是當(dāng)前業(yè)內(nèi)的一個(gè)主要研究方向。

導(dǎo)電加熱切削技術(shù)是在切削過(guò)程中利用刀具和工件構(gòu)成回路，通以低壓大電流，通過(guò)刀具和工件接觸點(diǎn)處的電流的熱效應(yīng)使切削區(qū)材料受熱軟化，降低切削抗力，提高難加工金屬材料切削效率的一種外場(chǎng)加工技術(shù)。導(dǎo)電加熱切削可以在切削的同時(shí)對(duì)被加工材料做軟化處理，因而可以免去熱處理軟化退火流程，提高了加工效率。但由于導(dǎo)電加熱切削采用的是由刀具和工件所構(gòu)成的電流回路，在刀具切入和切出工件的時(shí)候，會(huì)在刀具和工件的接觸處發(fā)生嚴(yán)重的打火放電現(xiàn)象，瞬間損壞刀具的切削刃和工件已加工表面。因此，導(dǎo)電加熱切削必須配套專門的滅弧裝置，成本必然增加，且其不適用于斷續(xù)表面的切削加工，應(yīng)用范圍受限。此外，傳統(tǒng)的導(dǎo)電加熱切削主要利用的電流的熱效應(yīng)，“瓶頸效應(yīng)”是其面臨另一個(gè)技術(shù)難題。當(dāng)前導(dǎo)電加熱切削技術(shù)的研究重點(diǎn)集中在滅弧裝置的研發(fā)上。中國(guó)專利ZL99235160.X介紹了一種導(dǎo)電加熱切削過(guò)程中所用的滅弧控制裝置。該裝置采用了逆變電源與滅弧控制電路相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，通過(guò)檢測(cè)加工工件與刀具兩端瞬態(tài)過(guò)電壓脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)觸發(fā)控制逆變加熱電源的輸出電壓為零，迅速切斷加熱回流電流，從而有效地抑制了電弧的產(chǎn)生與穩(wěn)定。但這種技術(shù)要求和可靠性要求都很高的滅弧裝置勢(shì)必會(huì)造成加工成本的大幅上升。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有金屬切削加工中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電致塑性切削加工系統(tǒng)、該系統(tǒng)的應(yīng)用方法及采用的一種電致塑性切削支撐裝置，通過(guò)給工件通以脈沖電流，利用脈沖電流集膚效應(yīng)、金屬材料電致塑性效應(yīng)及電流的熱效應(yīng)提高切削加工效率、延長(zhǎng)刀具使用壽命、降低加工成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種電致塑性切削加工系統(tǒng)，包括車床，它包含主軸、安裝于該主軸的夾持卡盤、尾座以及小滑板；進(jìn)一步包括：

第一連接裝置，包括帶左電刷的左電極和安裝于所述主軸的安裝部與所述夾持卡盤之間的左導(dǎo)電環(huán)，該左電刷與該左導(dǎo)電環(huán)緊密接觸，該左導(dǎo)電環(huán)與所述主軸絕緣；

旋轉(zhuǎn)軸，可旋轉(zhuǎn)地安裝于所述尾座上，該旋轉(zhuǎn)軸的中心線與所述主軸的中心線重合；

旋轉(zhuǎn)卡盤，安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸一端，該旋轉(zhuǎn)卡盤和所述夾持卡盤用于夾持一導(dǎo)電工件；

第二連接裝置，包括帶右電刷的右電極和安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)卡盤之間的右導(dǎo)電環(huán)，該右電刷與該右導(dǎo)電環(huán)緊密接觸，該右導(dǎo)電環(huán)與所述旋轉(zhuǎn)軸絕緣；

脈沖電源，用于向所述導(dǎo)電工件提供頻率為50-10000Hz、脈寬為20-1000μs、峰值電流為100-5000A的脈沖電流，其兩輸出端分別連接所述左電極和所述右電極；及

刀架，刀具安裝在該刀架上，該刀架絕緣安裝于所述小滑板。

本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括冷卻裝置，使用不導(dǎo)電介質(zhì)作為冷卻劑或者強(qiáng)制風(fēng)冷方式冷卻。

其中，所述左導(dǎo)電環(huán)與所述主軸的安裝部之間設(shè)置第一絕緣墊，多個(gè)第一絕緣螺栓穿過(guò)所述主軸的安裝部、所述第一絕緣墊及所述左導(dǎo)電環(huán)螺接于所述夾持卡盤。

所述右導(dǎo)電環(huán)與所述旋轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置第二絕緣墊，多個(gè)第二絕緣螺栓穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸的安裝部、所述第二絕緣墊及所述右導(dǎo)電環(huán)螺接于所述旋轉(zhuǎn)卡盤。

所述第一絕緣墊和所述第二絕緣墊均由具有彈性的絕緣材料制成。

所述左導(dǎo)電環(huán)與所述夾持卡盤間采用階梯面配套連接；所述右導(dǎo)電環(huán)與所述旋轉(zhuǎn)卡盤間采用階梯面配套連接。所述夾持卡盤和所述旋轉(zhuǎn)卡盤由金屬材料制成。

所述左導(dǎo)電環(huán)的外柱面和所述右導(dǎo)電環(huán)的外柱面均為光滑圓柱面。

所述右電極安裝于所述尾座上，所述右電極與所述尾座之間設(shè)置第三絕緣墊，第三絕緣螺栓穿過(guò)所述右電極及所述第三絕緣墊螺于所述尾座。