[發明專利]橢圓振動輔助微V型槽分層切削的加工方法

有效

• 申請號: 201810101511.0
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108274055B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 張臣;侯磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23C3/34
• 分類號: B23C3/34
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種分層橢圓振動輔助切削微V型溝槽的加工方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)基于橢圓振動軌跡的方向和工件進給方向相對性原則，采用刀具作橢圓運動,工件作平移進給運動的運動關系,并確定工件的進給方向；

基于橢圓振動軌跡的方向和工件進給方向相對性原則，首先應根據刀具橢圓運動軌跡方向為順時針或逆時針，得到刀具在橢圓軌跡上最低點的運動方向；其次，工件的平移進給方向應與刀具在橢圓最低點的運動方向相反，便可確定工件的平移進給方向；

(2)根據待加工等截面V型槽的形狀特征，對現有的刀具進行修改，設計與制造合適的用于加工V型槽的刀具；

設待加工等截面V型槽的寬度為l，深度為h，頂角為θ，但是在實際加工中，由于刀具刀尖半徑r的存在，實際加工出的等截面V型槽槽底為圓弧狀，且圓弧狀的垂直高度為h’ ，根據等截面V型溝槽形狀的對稱性，其尺寸參數之間的關系如下所示：

當待加工等截面V型槽的深度h＞h′時，所對應的寬度l為：

當待加工等截面V型槽的深度h＜h′時，V型槽實際為圓弧狀溝槽，其所對應的寬度l′為：

根據刀具成形法的基本原理，刀具應滿足待加工等截面V型槽的外形特征：

其中，α為刀尖角，c為刀具切削刃的長度；

若刀具不滿足，則對現有的刀具進行修改，即線切割處理，直到滿足待加工等截面V型槽特征要求；

(3)基于待加工等截面V型槽的加工精度要求和橢圓振動輔助切削軌跡，采用均勻分層加工方式，設計橢圓振動輔助V型槽分層切削的加工軌跡；

二維的橢圓振動軌跡方程如下所示：

其中，A為切削方向的振動振幅，B為切深方向的振動振幅；f為振動頻率；

工件的平移進給速度v_cut，初始切削深度為D,因此，刀具相對于工件的加工軌跡如下式(6)所示：

根據待加工等截面V型槽的尺寸特征，采取均勻分層切削方式，確定合理的切削層數，即根據精度要求和加工材料的相對可加工性等級，確定每層的切削厚度；根據加工材料所允許的切削速度v_T確定其相對加工性等級K_v，其計算公式如下所示：

K_v＝v_T/v₆₀ (7)

其中，v_T為加工材料的允許切削速度，v₆₀為45^#鋼材料的允許切削速度；

根據相對加工性等級和表面粗糙度要求，便可確定其合適的加工厚度d′，最后再根據待加工等截面V型溝槽的深度h便可確定具體的均勻分層加工層數n，如下式(8)所示：

(4)建立基于橢圓振動輔助切削的V型溝槽形貌模型，推導其形態特征參數，并根據特征參數，確定V型槽表面粗糙度的影響因素，根據影響因素，預測V型槽槽壁表面質量變化規律；

根據刀具運動軌跡和V型槽表面形貌模型，可以得到其理論形貌參數：切削深度h，最大殘余高度Δh和紋路表面波峰之間的間距s，如下公式所示：

h＝D+Δh (9)

其中和待加工等截面V型溝槽表面粗糙度有關的兩個參數是最大殘余高度Δh和表面紋路上波峰之間的間距s，影響V型槽表面粗糙度的因素有工件平移進給速度v_cut，橢圓振動裝置兩個方向的振動振幅A、B，以及共振頻率f，因此，為了減少V型溝槽的表面粗糙度值，可以減少切深方向振動振幅B和工件平移進給速度v_cut，或者增大切削方向振動振幅A和激勵頻率f；

(5)根據已經確立的分層層數和加工軌跡進行等截面微V型溝槽的加工。