一种高速脉动式车削加工方法及实现该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高速脉动式车削加工方法与实现该方法的装置。在车削过程中，刀具与工件的接触方式由持续接触式改进为脉动接触式；借助刀具运动，实现刀刃与工件的相对线切削速度大于工件的表面线速度，实现高速车削。相比于传统车削技术，本发明专利技术的线切削速度由刀具速度与工件表面线速度共同组成。进一步地，在车削前后对刀具实施主动冷却，在车削之前对工件材料进行温度控制，扩大了刀具的材料可加工范围；另外，由于结合了主动冷却措施，避免了升温对刀具造成的耐热负担。本方法提高了车削线速度、节约了能耗、降低车削过程中的热量、延长了刀具的使用寿命，适用材料范围大，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车削加工
，尤其涉及一种高速脉动式车削加工方法及实现该方法的装置。
技术介绍
车削是一种常见的切削加工方法，在切削生产中占有十分重要的地位，该方法是在车床上利用主轴使工件相对固定刀具进行旋转而对工件进行切削。因此，在车削过程中，刀具的刀刃和工件的接触方式一般为单点持续接触式。但是，这种单点连续接触的车削方式存在的不足是车削线速度低。尤其是当需要车削大型工件时，例如大型船只的传动轴、发电机组的主轴、航空发动机中心轴等部件，由于工件尺寸大，普通车削机床(简称“车床”)难以加工，需要使用重型车床。在重型车床中，由于待加工工件的尺寸较大，若主轴以高速旋转，一方面将增大主轴负担，对电动机和主轴零部件性能提出更高要求，一方面由于功耗随着转速的平方成比例增加，转速提高导致耗费大量能源，增加车床的生产与运行成本。因此，与主轴转速一般在500RPM以上的中型和小型车床相比，重型车床在车削大型工件时，主轴的转速一般低至50RPM以内，利用固定的车削刀具对低速旋转的工件进行车削。主轴转速低将产生如下问题：(1)刀具相对工件的线切削速度低，即车削线速度低，导致加工周期漫长；(2)当线切削速度低时，车削力大，刀具磨损严重，影响切削加工质量，尤其是对高硬度、高粘性、高脆性等材料的切削质量大大降低。熊楚杨等人在文献：关于Salomon假设的研究综述，航天制造技术，2007.中的研究也表明，刀具相对工件的线切削速度提高，则出现切削力下降、可车削材料范围扩大、车削加工质量提高、加工产热降低等一系列优点。另外，单点连续接触的车削方式中，刀具和工件摩擦产生热量不易散失。尤其是在重型车床中，由于工件尺寸大、重量大，刀具和工件摩擦产生大量的热量，这些热量会导致以下问题：(1)刀具磨损加快，点接触退化为线接触甚至面接触，切削力随之增大；(2)刀具发生热变形，影响加工精度；(3)切屑温度升高，在刀具上形成积屑瘤，再次影响刀具精度。目前，在实际车削加工过程中，一般采用施加冷却液来降低摩擦、带走热量。但是，由于单点连续接触式的车削工艺中切削接触点面积有限，因此很难被有效冷却，冷却效果不佳。此外，当前的车削技术主要针对金属工件，而对脆性材料或超硬材料的加工能力不足，对粘性材料(如铜等)，以及导热性差的材料(如钛合金等)的加工则出现黏刀和热损等一系列问题。尤其是在重型车床中，主轴转速较低，对脆性材料、超硬材料、粘性材料以及导热性差的材料的加工质量则更加有待提高。因此，如何改进现有的车削工艺，尤其是重型车床中对大尺寸工件的车削加工工艺是本领域科技工作者的重点研究课题之一。
技术实现思路
针对上述现有车削技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种高速脉动式车削加工方法，该方法能够在车床主轴转速相对较低的情况下，实现高速线切削速度，从而提高车削效率、延长刀具使用寿命、扩大可加工材料范围，以及降低加工成本，尤其适用于重型车床对大尺寸、高质量的大型工件的车削加工。本专利技术的技术方案为：一种高速脉动式车削加工方法，工件在主轴的带动下进行转动，刀具的刀刃与工件相接触进行车削，其特征是：在车削过程中，刀刃呈“运动”状态，刀刃对工件的线车削速度由刀刃运动与工件转动共同提供，即刀刃对工件的的线切削速度由刀刃线速度和工件表面线速度组成，因此刀刃对工件的线切削速度大于工件的表面线速度；并且，刀刃上的某一点与工件的接触方式由持续接触式改变为脉动接触式，即，对刀刃上的某一接触点而言，其与工件的接触是间歇性的，也就是说，当该接触点与工件进行一次接触后，经过一定时间间隔之后再进行下一次接触。本专利技术还提供了实现该高速脉动接触的刀具，包括链式结构的刀具与套轴结构的刀具。(—)链式结构的刀具链式结构的刀具由刀链、传动装置以及若干个刀刃组成，刀刃设置在刀链上，在传动装置作用下刀链运动，带动刀刃进行运动。作为优选，刀刃间隔均匀地设置在刀链上。作为优选，传动装置采用至少两个转动轮构成，工作状态时，工件位于刀链外侧、彼此相邻的转动轮之间，转动轮进行旋转运动，带动刀链运动，从而使刀刃在与工件接触进行车削时呈运动状态。作为优选，该链式结构的刀具可以是如下几种。(1)链式结构一如图1所示，该结构包括转动轮与刀链4。转动轮包括主动轮2与从动轮3。刀链4的放大图如图2所示，包括铰链6和链节7，链节7由铰链6连接，刀刃5安装在链节7上。工作状态时，工件1位于刀链4外侧、主动轮2与从动轮3之间，主动轮2与从动轮3进行旋转运动，带动刀链4运动，从而使刀刃5在与工件接触进行车削时呈直线运动。该结构中，主动轮2和从动轮3可根据具体加工要求修改到合适尺寸，实现刀具的小型化和轻量化；可通过增减链节7调整刀链4的长度，因此能够根据具体加工需求自主便捷地调节刀具，实现刀具小型化和轻量化。(2)链式结构二如图3所示，该结构是上述图1所示链式结构的一种变形，包括主动轮2、至少两个导向轮8和刀链4，刀刃5安装在刀链4上，导向轮8之间的间距可调，并且导向轮8和主动轮2之间的间距可调。工作状态时，工件1位于两个导向轮8之间，主动轮2转动，导向轮8随之转动，带动刀链4运动，从而使刀链4上的刀刃在与工件接触进行车削时呈直线运动。图4是导向轮8与刀链4部分的俯视图，该图显示了图3中导向轮8与刀链4的安装关系。图4中工字型的导向轮两端凸缘20限制了铰链6的运动范围，保证导向轮8的导向作用。这种结构便于将刀刃伸入工件1的常规加工难以触及的区域，可在精密加工中满足高指向性的加工要求。(3)链式结构三如图5所示，该结构是上述图1所示链式结构的另一种变形，包括主动轮2、从动轮3、两个导向轮8和刀链4，刀刃安装在刀链4上，两个导向轮8位于主动轮2与从动轮3之间，两个导向轮8之间的间距可调，用以调整刀链4之间的间距。工作状态时，工件1位于从动轮3一侧，与经过从动轮3一侧的刀刃接触进行车削，相比于如图3所示的结构，该结构更加能够缩小加工接触区域，满足精密加工中更高指向性的加工要求，同时在从动轮3和导向轮8之间的刀链4部分可提供直线脉动加工。该结构中，由于刀刃5面向导向轮8，因此在工作状态时，为了避免导向轮8阻碍刀链4的运动，将导向轮8的结构以及其与刀链4的安装进行了改进，图6是导向轮8与刀链4部分的俯视图，该图显示了导向轮8的结构及其与刀链4的安装关系。与图4中的工字型导向轮相比，该图6由中的导向轮的凸缘20部分由第一凸缘21与第二凸缘22组成，第一凸缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速脉动式车削加工方法，工件在主轴的带动下转动，刀具的刀刃与工件相接触进行车削，其特征是：车削过程中，刀刃对工件的的线切削速度由刀刃线速度和工件的表面线速度组成，刀刃对工件的线切削速度大于工件的表面线速度；并且，刀刃上的接触点与工件的接触方式为脉动接触式。

【技术特征摘要】
1.一种高速脉动式车削加工方法，工件在主轴的带动下转动，刀具的刀刃与工件
相接触进行车削，其特征是：车削过程中，刀刃对工件的的线切削速度由刀刃线速度和
工件的表面线速度组成，刀刃对工件的线切削速度大于工件的表面线速度；并且，刀刃
上的接触点与工件的接触方式为脉动接触式。
2.如权利要求1所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的刀具由刀链、
传动装置以及若干个刀刃组成；刀刃安装在刀链上，工作状态时，刀链随传动装置而运
动，带动刀刃与工件接触进行车削时呈运动状态。
3.如权利要求2所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的传动装置由
至少两个转动轮构成。
4.如权利要求3所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的转动轮包括
主动轮与从动轮，所述的主动轮与从动轮的直径不相同。
5.如权利要求4所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的从动轮是两
个以上的导向轮，工作状态时，主动轮转动，导向轮随之转动，导向轮之间的间距可调，
并且导向轮和主动轮之间的间距可调，工作状态时，工件位于两个相邻导向轮之间的刀
链外侧。
6.如权利要求4所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的转动轮还包
括两个导向轮，导向轮位于主动轮与从动轮之间，两个导向轮之间的间距可调，工作状
态时，工件位于从动轮一侧。
7.如权利要求1所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的刀具包括主
动轮、从动轮、连接主动轮与从动轮的传动带，以及若干个刀刃，若干个刀刃分布于圆
盘周缘形成圆盘刀刃，圆盘刀刃与从动轮同轴，工作状态时，主动轮转动，从动轮随传
动带传动而转动，使刀刃与工件接触进行车削时呈运动状态。
8.如权利要求1所述的高速脉动式车削加工方法，其特征是：所述的刀刃为若干
个，分布于圆盘周缘形成圆盘刀刃；所述的刀具包括连接轴、套接在连接轴上的若干个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文武，何元峰，宋涛，张天润，王元杰，王云峰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33