[發明專利]一種面向無人車間的金屬切削加工主動斷屑方法及裝置

在審

• 申請號: 202010314542.1
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111390205A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 康正陽;蘇小平;周大雙;楊宇驕;劉澄成;劉銳;鹿盈盈;繆小冬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B23B25/02
• 分類號: B23B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種面向無人車間的金屬切削加工主動斷屑方法及裝置。主動斷屑方法的核心思想是在每一次刀具切削走刀之前，對工件表面的特定位置進行表面改形和改性預處理，當刀具切削至預處理位置時，工件表面的新生切屑的厚度或材料特性存在突變，從而實現斷裂。主動斷屑裝置的原理是運用高能激光束將工件材料氣化形成溝槽，同時，激光束的熱效應還會改變工件材料的特性，形成一定深度的熱影響區。裝置具有高能激光模塊，高能激光輸出端固定在水平導軌之上，延車床x軸方向具有平移功能；所述水平導軌固定在刀架上。上述結構，能夠實現激光束聚焦位置能夠隨著工件直徑變化而變化；配合刀架自身z軸方向運動，實現對工件表面的表面改形和改性預處理。相較于刀具斷屑槽，本發明方法和裝置的斷屑效果更穩定可靠；相較于高壓水/氣射流斷屑，本發明方法的能耗和成本更低，也更加環保。

所屬技術領域

本發明涉及一種面向無人車間的金屬切削加工主動斷屑方法及裝置，屬于機械制造工藝和金屬切削加工領域。

背景技術

金屬連續切削加工時常遇到斷屑不暢的問題。切屑的纏繞和裹挾，不僅會損傷工件已加工平整表面，還會加劇刀具磨損；嚴重的，甚至造成機床損壞以及人員受傷。為避免出現切屑過長和纏繞，常需要人工監視切削狀態或安裝切屑檢測裝置；然而，上述舉措并不能夠完全消除不充分斷屑帶來的隱患。因此，目前在加工鋁合金、鈦合金等高塑性金屬材料過程中，還是需要有人值守或著半人值守。隨著機械制造自動化程度的不斷提高，對斷屑技術的穩定性提出了新的要求。

現有斷屑技術和方法有：

1)選擇合適的刀具幾何角度和切削用量，使得切屑更加卷曲；

2)在車刀(片)前刀面設置斷屑槽，使切屑發生強制形變，從而斷裂；

3)向切屑高壓噴射切削液和氣體，降低刀具溫度，外力斷屑。

上述技術方案，均具有較為明顯的增強斷屑效果，但也存在成本過高、斷屑不徹底以及斷屑穩定差等問題。

區別于現有技術方案，本發明的一種面向無人車間的金屬切削加工主動斷屑方法及裝置的核心思想是在每一次刀具切削走刀之前，對工件表面的特定位置進行特定表面改形和改性預處理，當刀具切削至預處理位置時，由于工件表面新生切屑的厚度或材料特性存在突變，切屑斷裂。

上述技術方案的應用過程中，還有幾項關鍵技術。一是，改形深度的設置；該深度如果過深，就增加了預處理加工余量；并且，如果深度大于切削深度，就會形成間斷切削，刀具受到沖擊，產生震動；如果過淺，又不能穩定發揮斷屑效果。二是，如何快速的在每一次走刀之前，完成工件表面預加工。三是，切削液和切屑四處飛散，進行預處理的高能束裝置需要良好的保護措施，避免被污染和損壞。

本發明正是針對上述技術方案和實際應用問題提出的，適用于解決無人值守產線上，切屑纏繞造成的加工停止、工件損傷、機器損壞等問題，能夠保證金屬連續切削過程不被刀具斷屑性能不佳所困惱，且能夠人為控制斷屑間距。相較于刀具前刀面斷屑槽，本發明方法斷屑效果更加穩定可靠；相較于高壓水/氣射流斷屑，本發明方法的能耗和成本更低，也更加環保。

發明內容

本發明解決的技術問題是：高塑性金屬連續切削加工過程中，切屑易于纏繞造成的加工停止、工件損傷和機器損壞。

針對上述問題，本發明的技術方案是：每一次刀具切削走刀之前，對工件表面的特定位置進行特定參數下的表面改形和改性預處理，當刀具切削至預處理位置時，工件表面的新生切屑的厚度或材料特性存在突變，從而實現斷裂。所述改形預處理是指，加工特定尺寸的溝槽表面形貌，溝槽的深度和走向可控。所述改性預處理是指，工件被加工區域的材料特性發生轉變，包括：硬度、晶粒尺寸、表面殘余應力，或是形成新的微觀裂紋和缺陷。