本发明专利技术公开了一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置及磨削方法，包括刀柄本体、非接触式传输单元、超声刀柄、刀具、超声电源和超声振动工作台，刀柄本体与机床主轴相连，非接触式传输单元包括原边和副边，原边和副边均套设在刀柄本体外侧，副边设在原边下方，原边通过定位件与机床固定部分固定，副边与刀柄本体固定，超声刀柄固定在刀柄本体底部，刀具安装在超声刀柄底部，超声电源与原边相连，超声振动工作台设在刀具下方，超声振动工作台上设有圆形回转台，工件设在圆形回转台上，本发明专利技术提供的一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置及磨削方法，能够有效调控加工区域纤维切削方向角与内冷功能。方向角与内冷功能。方向角与内冷功能。
【技术实现步骤摘要】
一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置及磨削方法
[0001]本专利技术涉及机械加工
，具体涉及一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置及磨削方法。
技术介绍
[0002]诸如C/C，C/SiC等陶瓷基碳纤维复合材料具有质轻、耐烧蚀、热化学性能稳定等优良特性，作为热防护部件被广泛应用于航空航天、交通能源等领域。为了进一步提高此类材料的耐烧蚀性能，Cu、Zr等金属被引入上述材料中，形成了一类改性碳纤维复合材料。该类材料是典型的难加工材料，碳纤维及基体均为硬脆性材料，硬度大、断裂韧性低，加工过程中切削力大，切削区域温度高，材料极易以脆性方式去除，加工表面质量差，刀具磨损严重。现有研究表明，磨削是该类材料较为可行的加工方式，但Cu等塑性金属在加工过程中极易堵塞砂轮，往往导致容屑空间快速下降，加工区域温度进一步提高，砂轮磨损严重，严重限制了加工效率及加工质量。
[0003]超声辅助磨削技术是一种特种加工技术，其复合了传统超声加工和磨削加工的材料去除方式，被证明是一种有效的硬脆性材料加工方法，在降低切削力、切削温度，提高加工质量，延长刀具寿命方面具有显著优势。目前，一维超声辅助磨削技术已被广泛应用于复合材料加工中，大量研究表明，纤维切削方向角(磨粒切削方向与纤维轴向间的夹角)是影响加工效率与质量的重要因素，但现有超声加工技术对纤维切削方向角的调控能力有限。
技术实现思路
[0004]根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置及磨削方法，能够有效调控加工区域纤维切削方向角。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，包括刀柄本体、非接触式传输单元、超声刀柄、刀具、超声电源和超声振动工作台，所述刀柄本体与机床主轴相连且通过机床主轴带动转动，所述非接触式传输单元包括原边和副边，所述原边和副边均套设在刀柄本体外侧，所述副边设在所述原边下方，所述原边通过定位件与机床固定部分固定，所述副边与所述刀柄本体固定，所述超声刀柄固定在所述刀柄本体底部，所述刀具安装在所述超声刀柄底部，所述超声电源与原边相连，所述超声电源将电能从所述原边传输至所述副边，所述副边将电能传递至所述超声刀柄，所述超声刀柄带动所述刀具沿竖直方向进行超声振动，所述超声振动工作台设在所述刀具下方且与超声电源相连，所述超声振动工作台上设有圆形回转台，工件设在所述圆形回转台上，所述圆形回转台带动工件旋转，所述超声振动工作台带动工件沿水平面横向或纵向方向进行超声振动，使工件与所述刀具产生周期性分离，所述刀柄本体、所述超声刀柄到所述刀具间设有贯通的冷却通路。
[0007]进一步地，所述原边包括原边套筒、原边磁芯和原边线圈，所述原边套筒通过定位件与机床固定部分固定，所述原边磁芯固定在原边套筒内侧，所述原边磁芯底部设有原边
磁芯环形槽，所述原边线圈设在所述原边磁芯环形槽内。
[0008]进一步地，所述副边包括副边套筒、副边磁芯和副边线圈，所述副边套筒与所述刀柄本体固定，所述副边磁芯固定在副边套筒内侧，所述副边磁芯顶部设有副边磁芯环形槽，所述副边线圈设在所述副边磁芯环形槽内。
[0009]进一步地，所述改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置还包括连接套筒，所述连接套筒固定在所述原边顶部且套设在所述刀柄本体上，所述冷却通路包括第一流道，所述第一流道设在所述连接套筒中间，所述连接套筒和所述刀柄本体间设有环形腔，所述环形腔内设有密封圈，所述环形腔和所述第一流道连通。
[0010]进一步地，所述冷却通路还包括第二流道，多个所述第二流道沿径向贯通且周向等间隔分布在所述刀柄本体内，所述第二流道与环形腔连通。
[0011]进一步地，所述超声刀柄包括后盖板、前盖板、压电陶瓷和电极片，所述前盖板和所述刀柄本体底部固定，所述后盖板设在所述刀柄本体的内腔内，所述前盖板和所述后盖板之间设有多个所述压电陶瓷和多个所述电极片，所述压电陶瓷和所述电极片交替放置，所述压电陶瓷和所述电极片内侧设有绝缘套筒，所述前盖板和所述后盖板通过穿设所述绝缘套筒的紧固件相连。
[0012]进一步地，所述后盖板外侧面和刀柄本体内腔间设有密封圈。
[0013]进一步地，所述冷却通路还包括第三流道和第四流道，所述紧固件中心设有竖直方向的第三流道，所述第三流道和刀柄本体内腔连通，所述前盖板内设有第四流道，所述第四流道和所述第三流道连通。
[0014]进一步地，所述刀具中心设有盲孔，所述盲孔和所述第四流道连通，所述刀具外侧面设有螺旋排屑槽，多个所述螺旋排屑槽关于所述刀具呈中心对称，每一所述螺旋排屑槽靠近所述刀具底部设有倾斜孔，所述倾斜孔与所述盲孔连通。
[0015]一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削方法，包括：
[0016]S1、依据工件加工部位结构，编制圆形回转台G代码，保证加工过程中工件平行或垂直于刀具进给方向振动；
[0017]S2、对工件加工表面附近的纤维分布方向进行分析，计算刀具、工件振动振幅及两者间的相位差得到纤维切削方向角，基于优选纤维切削方向角范围设置两者振幅与相位差，设定超声电源输出信号幅值与相位；
[0018]S3、开启冷却气体供应装置，对工件侧面进行超声辅助磨削加工。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0020]1.本专利技术所述的一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，工件的超声振动可间歇打开加工区域，利于排屑、冷却。
[0021]2.本专利技术所述的一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，通过工件、刀具振动振幅及相位差调控，可有效控制加工区域纤维切削方向角，从而提高加工表面质量。
[0022]3.本专利技术所述的一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，装置内部的冷却流道及刀具表面的螺旋排屑槽构成了冷却通路，该通路允许冷却气体或冷却液流经刀柄内部，穿过超声刀柄从刀具底部喷出，可在工件与刀具分离期间直接进入加工区域，冷却加工部位，并冲洗、带走切屑，进一步强化超声辅助磨削工艺优势，同时可抑制超声刀柄温升，提高其工作稳定性
[0023]4.本专利技术所述的一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，可直接在普通机床上使用，无需专用超声加工机床或内冷机床，扩展了超声辅助磨削的应用场景。
附图说明
[0024]图1为本专利技术改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置结构示意图。
[0025]图2为本专利技术改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置局部放大示意图。
[0026]图3为连接套筒示意图。
[0027]图4为刀具结构示意图。
[0028]图5为超声振动工作台结构示意图。
[0029]图6为超声辅助磨削中加工区域示意图。
[0030]图7为工件与刀具振动相位角为π/4时磨粒运动轨迹。
[0031]图8为工件与刀具振动相位角为2π/3时磨粒运动轨迹。
[0032]其中：1-机床固定部分；2-定位件；3-原边套筒；4-本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，其特征在于：包括刀柄本体、非接触式传输单元、超声刀柄、刀具、超声电源和超声振动工作台，所述刀柄本体与机床主轴相连且通过机床主轴带动转动，所述非接触式传输单元包括原边和副边，所述原边和副边均套设在刀柄本体外侧，所述副边设在所述原边下方，所述原边通过定位件与机床固定部分固定，所述副边与所述刀柄本体固定，所述超声刀柄固定在所述刀柄本体底部，所述刀具安装在所述超声刀柄底部，所述超声电源与原边相连，所述超声电源将电能从所述原边传输至所述副边，所述副边将电能传递至所述超声刀柄，所述超声刀柄带动所述刀具沿竖直方向进行超声振动，所述超声振动工作台设在所述刀具下方且与超声电源相连，所述超声振动工作台上设有圆形回转台，工件设在所述圆形回转台上，所述圆形回转台带动工件旋转，所述超声振动工作台带动工件沿水平面横向或纵向方向进行超声振动，使工件与所述刀具产生周期性分离，所述刀柄本体、所述超声刀柄到所述刀具间设有贯通的冷却通路。2.根据权利要求1所述的改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，其特征在于：所述原边包括原边套筒、原边磁芯和原边线圈，所述原边套筒通过定位件与机床固定部分固定，所述原边磁芯固定在原边套筒内侧，所述原边磁芯底部设有原边磁芯环形槽，所述原边线圈设在所述原边磁芯环形槽内。3.根据权利要求1所述的改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，其特征在于：所述副边包括副边套筒、副边磁芯和副边线圈，所述副边套筒与所述刀柄本体固定，所述副边磁芯固定在副边套筒内侧，所述副边磁芯顶部设有副边磁芯环形槽，所述副边线圈设在所述副边磁芯环形槽内。4.根据权利要求1所述的改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置，其特征在于：所述改性碳纤维复合材料超声辅助磨削装置还包括连接套筒，所述连接套筒固定在所述原边顶部且套设在所述刀柄本体上，所述冷却通路包括第一流道，所述第一流道设在所述连接套筒中间，所述连接套筒和所述刀柄本体间设有环形腔，所述环形腔内设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，叶俊鹏，李红博，王启涵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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