[發明專利]一種高速脈動式車削加工方法及實現該方法的裝置

有效

• 申請號: 201410317694.1
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN105215375B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 張文武;何元峰;宋濤;張天潤;王元杰;王云峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23B7/00
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供了一種高速脈動式車削加工方法與實現該方法的裝置。在車削過程中，刀具與工件的接觸方式由持續接觸式改進為脈動接觸式；借助刀具運動，實現刀刃與工件的相對線切削速度大于工件的表面線速度，實現高速車削。相比于傳統車削技術，本發明的線切削速度由刀具速度與工件表面線速度共同組成。進一步地，在車削前后對刀具實施主動冷卻，在車削之前對工件材料進行溫度控制，擴大了刀具的材料可加工范圍；另外，由于結合了主動冷卻措施，避免了升溫對刀具造成的耐熱負擔。本方法提高了車削線速度、節約了能耗、降低車削過程中的熱量、延長了刀具的使用壽命，適用材料范圍大，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于車削加工技術領域，尤其涉及一種高速脈動式車削加工方法及實現該方法的裝置。

背景技術

車削是一種常見的切削加工方法，在切削生產中占有十分重要的地位，該方法是在車床上利用主軸使工件相對固定刀具進行旋轉而對工件進行切削。因此，在車削過程中，刀具的刀刃和工件的接觸方式一般為單點持續接觸式。

但是，這種單點連續接觸的車削方式存在的不足是車削線速度低。尤其是當需要車削大型工件時，例如大型船只的傳動軸、發電機組的主軸、航空發動機中心軸等部件，由于工件尺寸大，普通車削機床(簡稱“車床”)難以加工，需要使用重型車床。在重型車床中，由于待加工工件的尺寸較大，若主軸以高速旋轉，一方面將增大主軸負擔，對電動機和主軸零部件性能提出更高要求，一方面由于功耗隨著轉速的平方成比例增加，轉速提高導致耗費大量能源，增加車床的生產與運行成本。因此，與主軸轉速一般在500RPM以上的中型和小型車床相比，重型車床在車削大型工件時，主軸的轉速一般低至50RPM以內，利用固定的車削刀具對低速旋轉的工件進行車削。

主軸轉速低將產生如下問題：(1)刀具相對工件的線切削速度低，即車削線速度低，導致加工周期漫長；(2)當線切削速度低時，車削力大，刀具磨損嚴重，影響切削加工質量，尤其是對高硬度、高粘性、高脆性等材料的切削質量大大降低。熊楚楊等人在文獻：關于Salomon假設的研究綜述，航天制造技術，2007.中的研究也表明，刀具相對工件的線切削速度提高，則出現切削力下降、可車削材料范圍擴大、車削加工質量提高、加工產熱降低等一系列優點。

另外，單點連續接觸的車削方式中，刀具和工件摩擦產生熱量不易散失。尤其是在重型車床中，由于工件尺寸大、重量大，刀具和工件摩擦產生大量的熱量，這些熱量會導致以下問題：(1)刀具磨損加快，點接觸退化為線接觸甚至面接觸，切削力隨之增大；(2)刀具發生熱變形，影響加工精度；(3)切屑溫度升高，在刀具上形成積屑瘤，再次影響刀具精度。目前，在實際車削加工過程中，一般采用施加冷卻液來降低摩擦、帶走熱量。但是，由于單點連續接觸式的車削工藝中切削接觸點面積有限，因此很難被有效冷卻，冷卻效果不佳。

此外，當前的車削技術主要針對金屬工件，而對脆性材料或超硬材料的加工能力不足，對粘性材料(如銅等)，以及導熱性差的材料(如鈦合金等)的加工則出現黏刀和熱損等一系列問題。尤其是在重型車床中，主軸轉速較低，對脆性材料、超硬材料、粘性材料以及導熱性差的材料的加工質量則更加有待提高。

因此，如何改進現有的車削工藝，尤其是重型車床中對大尺寸工件的車削加工工藝是本領域科技工作者的重點研究課題之一。

發明內容

針對上述現有車削技術中存在的不足之處，本發明提供了一種高速脈動式車削加工方法，該方法能夠在車床主軸轉速相對較低的情況下，實現高速線切削速度，從而提高車削效率、延長刀具使用壽命、擴大可加工材料范圍，以及降低加工成本，尤其適用于重型車床對大尺寸、高質量的大型工件的車削加工。