铁基材料电场辅助加工机床及加工方法技术

一种铁基材料电场辅助加工机床及加工方法，铁基材料电场辅助加工机床包括主轴、安装件、金刚石刀具和电源装置，金刚石刀具安装在主轴上，主轴带动金刚石刀具转动，安装件与主轴相对，安装件用于安装工件，电源装置用于为工件通入变化的电流，以使工件内的电子呈紊乱态。本发明专利技术提供的铁基材料电场辅助加工机床及加工方法，通过设置电源装置为工件通入变化的电流，以使工件内的电子呈紊乱态，抑制电子配对结合，从而达到抑制金刚石刀具石墨化的目的，该方案抑制效果较好，且能够应用于长距离切削，不需要复杂的工艺要求和昂贵的设备，成本较低。本较低。本较低。

【技术实现步骤摘要】
铁基材料电场辅助加工机床及加工方法


[0001]本专利技术属于铁基材料加工领域，尤其涉及一种铁基材料电场辅助加工机床和铁基材料电场辅助加工方法。

技术介绍

[0002]铁基材料与碳元素的亲和性极强，因此应用金刚石刀具切削铁基材料的工件时，金刚石刀具会发生灾难性磨损，导致金刚石刀具刃口无法保持原有的锋锐性，无法加工出光学级别表面粗糙度，这将为超精密加工带来高昂的加工成本，而且无法实现铁基材料的以车代磨的替代。为抑制金刚石刀具磨损，目前的加工辅助方案有工件表面渗氮、金刚石刀具离子注入、超声振动辅助等手段。
[0003]①
工件表面渗氮，渗氮工艺是利用在渗氮的过程，氮元素会与铁元素中未配对的d电子产生键合形成化合物，进而降低铁元素与碳元素的亲和性，减弱铁基材料对金刚石刀具石墨化的催化作用。为获得微米级别稳定厚度的渗氮层，工件表面渗氮方案多采用离子渗氮工艺，这有利于在超精密加工中获得光学级镜面的表面粗糙度。虽然采用表面渗氮工艺可以实现工件加工表面粗糙度Ra＜ 10nm，但渗氮过程的高温所导致的工件不均匀热变形以及渗氮层的复杂性与不均匀性会影响超精密加工精度，渗氮层内氮化物硬点会加大金刚石刀具的磨粒磨损与崩刃。
[0004]②
金刚石刀具离子注入，金刚石刀具离子注入工艺源自于天然金刚石刀具中的杂质元素会对金刚石石墨化产生影响，由此诞生了金刚石元素注入方案。在注入元素选取方面，采用氮离子注入金刚石刀具加工钢材，实验结果表明可以显著提高刀具耐磨性。采用铬离子注入金刚石刀具加工碳钢，但却加重了刀具磨损。采用镓离子注入金刚石刀具加工铁基合金可以获得10nm以下的表面粗糙度，金刚石刀具未见明显磨损，但其加工距离只有50m，无法进行长距离切削。与材料表面渗氮原理相似，金刚石刀具离子注入方案的本质也是为了降低铁元素与碳元素的亲和性，减弱铁基材料对金刚石石墨化的催化作用。离子注入工艺会对金刚石晶格结构会造成永久性损伤，影响金刚石的硬度属性，因此对超精密加工精度方面有负面影响。
[0005]③
超声振动辅助切削，是一种沿切削方向高速振动的一种特种切削技术，其切削钢铁材料试验表明，超声振动辅助金刚石切削黑色金属使金刚石刀具磨损明显减少并提高了工件表面质量。然而，金刚石刀具磨损只是在一定程度上减轻了并非完全得到了抑制，随着切削时间或切削距离的加长，金刚石石墨化和积屑瘤的迹象依然存在。
[0006]上述三种方案虽然在一定程度上抑制了金刚石刀具切削铁基材料的磨损，但抑制效果仍然不如人意，且不能应用于长距离切削，均需要复杂的工艺要求和昂贵的设备，导致成本也较高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种铁基材料电场辅助加工机床及加工方法，能够更好地抑
制金刚石刀具石墨化，而且成本较低，工艺要求简单，能够应用于长距离切削中。
[0008]为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种铁基材料电场辅助加工机床，铁基材料电场辅助加工机床包括主轴、安装件、金刚石刀具和电源装置，所述金刚石刀具安装在所述主轴上，所述主轴带动所述金刚石刀具转动，所述安装件与所述主轴相对，所述安装件用于安装工件，所述电源装置用于为所述工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态。
[0010]一种实施方式中，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括绝缘套，所述绝缘套设于所述安装件，所述绝缘套用于套设在所述工件的外周以绝缘所述工件与所述安装件。
[0011]一种实施方式中，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括控制器，所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。
[0012]一种实施方式中，所述电流的频率大于等于50赫兹。
[0013]一种实施方式中，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括电阻，所述电阻用于与所述工件串联，以增大电路阻值。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种铁基材料电场辅助加工方法，铁基材料电场辅助加工方法包括：
[0015]将金刚石刀具安装在主轴上；
[0016]将工件安装在安装件上，并使所述工件与所述金刚石刀具对位；
[0017]通过电源装置为所述工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态；
[0018]使所述工件和转动的所述金刚石刀具相对移动以完成切削加工。
[0019]一种实施方式中，将工件安装在安装件上，并使所述工件与所述金刚石刀具对位，包括：
[0020]在所述安装件上设置绝缘套，并将所述工件伸入所述绝缘套，使所述工件与所述安装件绝缘。
[0021]一种实施方式中，通过电源装置为所述工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态，包括：
[0022]设置控制器，并通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。
[0023]一种实施方式中，设置控制器，并通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向，包括：
[0024]通过所述控制器控制所述电源装置输出频率大于50赫兹的电流。
[0025]一种实施方式中，通过电源装置为所述工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态，包括：
[0026]设置电阻，并使所述电阻与所述工件串联，以增大电路阻值。
[0027]本专利技术提供的铁基材料电场辅助加工机床及加工方法，通过设置电源装置为工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态，抑制电子配对结合，从而达到抑制金刚石刀具石墨化的目的，该方案抑制效果较好，且能够应用于长距离切削，不需要复杂的工艺要求和昂贵的设备，成本较低。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式
或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例提供的安装有工件的铁基材料电场辅助加工机床的立体结构示意图；
[0030]图2为一种实施方式的工件的立体结构示意图；
[0031]图3为图2的工件的正视结构示意图；
[0032]图4是图1的主轴箱和主轴的立体结构示意图；
[0033]图5是图1的安装件、绝缘套和工件的立体结构示意图；
[0034]图6是图1的工件和绝缘套的立体结构示意图；
[0035]图7是本专利技术实施例提供的铁基材料电场辅助加工方法的流程图；
[0036]图8是不同电流状态对导体内电子状态影响的示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基材料电场辅助加工机床，其特征在于，包括主轴、安装件、金刚石刀具和电源装置，所述金刚石刀具安装在所述主轴上，所述主轴带动所述金刚石刀具转动，所述安装件与所述主轴相对，所述安装件用于安装工件，所述电源装置用于为所述工件通入变化的电流，以使所述工件内的电子呈紊乱态。2.如权利要求1所述的铁基材料电场辅助加工机床，其特征在于，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括绝缘套，所述绝缘套设于所述安装件，所述绝缘套用于套设在所述工件的外周以绝缘所述工件与所述安装件。3.如权利要求1所述的铁基材料电场辅助加工机床，其特征在于，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括控制器，所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。4.如权利要求3所述的铁基材料电场辅助加工机床，其特征在于，所述电流的频率大于等于50赫兹。5.如权利要求1所述的铁基材料电场辅助加工机床，其特征在于，所述铁基材料电场辅助加工机床还包括电阻，所述电阻用于与所述工件串联，以增大电路阻值。6.一种铁基材料电场辅助加工方法，其特征在于，包括：将金刚石刀具安装在主轴上；将工件安装在安装件上，并使...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，王建鹏，周梦华，陈燕冰，罗通，姜建凯，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：