[發明專利]一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法

有效

• 申請號: 201910360339.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110076350B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 張德遠;路正惠;李勛;姜興剛;楊慎亮;張翔宇;耿大喜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23B35/00;B23C3/00;B23D75/00;B24B1/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

1.一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，包括：

對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直或含有與切削速度方向垂直的振動分量的橫向超聲振動；

設置切削參數和超聲振動參數，使切削過程中出現動態負后角，切削刀具后刀面對工件表面進行超聲頻沖擊擠壓；

具體包括：

設置切削參數和超聲振動參數滿足公式(1)，使切削過程中出現動態負后角，切削刀具后刀面對工件表面進行超聲頻率的沖擊擠壓：

式中，α_t為動態后角，α為切削刀具名義后角，v_c為切削速度，A為超聲振幅，F_z為超聲振動頻率；動態后角α_t越小，工件材料被擠壓量越大，擠壓效果越強；

所述切削參數包括切削刀具的切削速度v_c、進給速度v_f、切削刀具切深；

所述超聲振動參數包括超聲振動頻率F_z和超聲振幅A；

設定擠壓重疊率；

具體包括：

擠壓重疊率K通過以下公式(2)計算：

式中，所述擠壓重疊率K為切削刀具多次擠壓的面積總和與工件已加工表面面積的比值；K_c為在切削速度方向上的重疊率，l_e為一個振動切削周期內切削速度方向上單次擠壓長度，λ為振動切削波長；K_f為切削刀具刃寬方向上的重疊率，w為切削刀具刃寬，f_w為刃寬方向上的進給量；擠壓重疊率K越大，擠壓效果越突出；

設定切削刀具的后刀面磨鈍標準；

控制切削刀具相鄰轉的振動切削軌跡相位差；

開啟機床與超聲振動，使切削工件與擠壓強化工件表面通過一道工序完成。

2.根據權利要求1所述的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，所述對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直或含有與切削速度方向垂直的振動分量的橫向超聲振動，具體包括：

對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直的徑向或軸向超聲振動；或者對機床上的切削刀具施加含有與切削速度方向垂直的振動分量的橢圓超聲振動。

3.根據權利要求1所述的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，所述設定切削刀具的后刀面磨鈍標準，具體包括：

根據預期擠壓效果和加工精度設定相應的切削刀具后刀面磨鈍標準；

所述預期擠壓效果考慮由于后刀面磨損帶的名義后角為零，當后刀面磨損帶代替后刀面對工件進行擠壓時，動態后角被進一步減小，一個振動切削周期內單次擠壓長度l_e增大，擠壓重疊率增大；

所述加工精度考慮后刀面磨損帶會增大工件已加工表面粗糙度，降低加工精度。

4.根據權利要求1所述的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，所述控制切削刀具相鄰轉的振動切削軌跡相位差，具體包括：

實時獲取機床主軸轉動頻率變化量ΔF_n，通過閉環控制對超聲振動頻率進行補償，使所述超聲振動頻率的補償滿足以下公式(3)，使所述超聲振動頻率與機床主軸轉動頻率F_n嚴格同步，使沖壓切削后工件的表面粗糙度最小：

ΔF_Z＝M·ΔF_n (3)

式中，ΔF_z為超聲振動頻率補償值，ΔF_n為機床主軸轉動頻率變化量，M為控制特定相位差所需的超聲振動頻率與機床主軸轉動頻率F_n的理論比值。

5.根據權利要求1所述的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，所述機床為能進行各類切削加工工藝的車床、銑床、鉆床、磨床或加工中心。

6.根據權利要求1所述的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，其特征在于，所述切削刀具為能進行各類切削加工工藝的車刀、銑刀、磨頭、鉆頭、鉸刀。