一种难加工材料高效颤振切削方法技术

技术编号：41075995 阅读：11 留言：0更新日期：2024-04-24 11:33

本发明专利技术公开一种难加工材料高效颤振切削方法，涉及切削加工技术领域，包括以下内容：将颤振刀杆安装在机床上，开启机床，利用刀具系统自身切削能量产生自激颤振，进行颤振切削；颤振切削过程中，颤振刀杆被激发出稳定的振动，刀具形成棘齿型运动轨迹，棘齿型运动轨迹包括刀具挤压工件表面和刀具脱离工件表面的过程，在工件表面形成棘齿型的表面形貌；在刀具与工件表面分离的过程中，使得切削液进入分离切削区进行冷却润滑，降低切削温度。本发明专利技术刀具形成棘齿型运动轨迹，周期性的挤压和脱离工件表面，在脱离工件表面时利用切削液对分离切削区进行冷却和润滑，从而在工件表面形成棘齿型的表面形貌，能够降低切削温度，降低刀具磨损，提高加工效率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及切削加工，特别是涉及一种难加工材料颤振切削方法。

技术介绍

1、超声振动切削技术是通过外置电源和换能器给刀片施加高频微米级振幅的强迫激振切削方法，具有降低切削力、降低切削温度、提高刀具寿命以及改善已加工表面完整性等工艺效果，逐步成为一种先进的精密加工方法。但因其存在激振功率低、振动振幅小及结构复杂成本高等问题，限制了广泛地应用。

2、自激振动切削技术是靠刀具系统自身切削能量产生几十微米振幅的自激颤振切削方法，具有结构简单、激振功率高、振动振幅大等优势，已在高效颤振车削生成金属短纤维、高效颤振断屑钻削深孔、高效颤振粗磨降低烧伤等方面得到应用。但一直没有关注颤振切削的刀具寿命及其对加工效率的影响，而主要关注的是在加工场合如何设法抑制颤振的产生。

3、随着航空航天装备性能要求不断提高，高温合金、钛合金得到广泛应用。但其切削力大、切削温度高、刀具磨损快，加工效率低，可切削性很差，已成为公认的难加工材料。特别是难加工材料构件加工余量大，占总加工时间的主体。因此，如何能够提高难加工材料的加工效率是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种难加工材料颤振切削方法，以解决上述现有技术存在的问题，在颤振切削过程中颤振刀杆被激发出稳定的振动，刀具形成棘齿型运动轨迹，能够周期性的挤压和脱离工件表面，在脱离工件表面时利用切削液对分离切削区进行冷却和润滑，从而在工件表面形成棘齿型的表面形貌，能够降低切削温度，降低刀具磨损，提高加工效率。

<p>2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：

3、本专利技术提供一种难加工材料颤振切削方法，包括以下内容：

4、将颤振刀杆安装在机床上，开启机床，利用刀具系统自身切削能量产生自激颤振，进行颤振切削；

5、颤振切削过程中，所述颤振刀杆被激发出稳定的振动，刀具形成棘齿型运动轨迹，所述棘齿型运动轨迹包括刀具挤压工件表面和刀具脱离工件表面的过程，在所述工件表面形成棘齿型的表面形貌；

6、在刀具与所述工件表面分离的过程中，使得切削液进入分离切削区进行冷却润滑，降低切削温度。

7、优选地，所述棘齿型运动轨迹一个振动周期内的过程包括：切深逐渐增大，动态后角不断减小直至出现负后角，后刀面不断挤压工件表面，切削力增大，切削热量积累；刀具后角逐渐增加，切深先增加后减小，切削力先增加后减小，后刀面与工件接触面积先增加后迅速减小，刀具后刀面与工件表面逐渐分离，所述切削液从刀片的后刀面喷入所述分离切削区，切削温度迅速下降。

8、优选地，所述颤振刀杆根据选定的加工材料及切削参数进行设计制造，保证所述颤振刀杆的振动参数位于合理振动参数范围内；所述加工材料包括铝/镁/铜合金、不锈钢、钛合金、高温合金、高强钢以及复合材料；所述切削参数包括切削线速度、切深和进给量；所述振动参数包括颤振主振方向的主振幅和主频率；所述合理振动参数范围与工件材料、刀具材料和切削用量有关，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

9、优选地，所述颤振刀杆需进行刚度弱化，刚度弱化的方向垂直于加工表面方向或沿回转切速方向，切削过程中，切削力的动态变化激发所述颤振刀杆沿弱刚度方向颤振，同时，刚度不能过弱，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

10、优选地，刚度控制的方式包括改变刀杆材料，根据需要选取不同弹性模量的材料作为刀杆材料，还包括改变刀杆形状或结构，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

11、优选地，所述棘齿型的表面形貌由一个或者多个方向的振动产生，所述刀具与工件相对运动的轨迹方程如式：

12、x＝a2sin(ωt)

13、y＝a1sin(ωt+φ)+vt

14、式中x为垂直于工件表面的位移，y为沿切削速度方向的位移，a1是沿切削速度方向的振幅，a2是垂直于工件表面的振幅，ω是切削速度方向上刀具的颤振频率，φ是两个方向振动的相位差，t是时间，v是切削线速度，以y为横坐标，x为纵坐标可得刀具与工件相对运动的轨迹。

15、优选地，使用三轴加速度传感器贴附在所述颤振刀杆的振动部位测量各方向振幅、频率以及相位差，确定所述颤振刀杆及所述刀具的振动轨迹，所述颤振刀杆的颤振主频率与主振方向上的固有频率接近，对所述颤振刀杆进行固有模态分析与设计，调控颤振频率。

16、优选地，所述颤振切削包括颤振车削方式、颤振铣削方式、颤振磨削方式、颤振钻削方式、颤振铰削方式以及颤振锪孔方式。

17、优选地，所述切削液为油基切削液、油基切削雾、水基切削液、水基切削雾或液氮，所述切削液压力根据机床条件和工艺效果要求确定。

18、优选地，所述机床包括能够进行切削加工工艺的车床、铣床、钻床、磨床和加工中心。

19、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：

20、本专利技术在颤振切削过程中颤振刀杆被激发出稳定的振动，刀具形成棘齿型运动轨迹，能够周期性的挤压和脱离工件表面，在脱离工件表面时利用切削液对分离切削区进行冷却和润滑，从而在工件表面形成棘齿型的表面形貌，将颤振刀杆的颤振控制在合理振动的参数范围内，对难加工材料的颤振切削比普通切削可大幅度延长刀具寿命，进而提高加工效率，同时，颤振刀杆结构简单、应用方便、价格便宜，因此，颤振切削可成为难加工材料高效加工的先进方法。

21、另外，本专利技术还能实现如下技术效果：

22、本专利技术将普遍认为对加工过程中有害的颤振进行有效的控制和利用，从雄性螽斯发声过程中获得灵感，周期性分离和接触，使刮齿具有优良的耐磨性能，通过合理颤振切削延长刀具寿命，提高加工效率。

23、本专利技术可根据不同难加工材料加工参数，设计制造合理的颤振刀杆，利用刀具系统自身切削能量产生几十微米振幅的自激颤振，相比于传统的振动切削刀杆结构简单、制造方便、无须外置激励电源、成本较低。

24、本专利技术颤振切削方法，可以应用于多种切削加工工艺，例如车削，铣削，钻削，铰削、磨削和锪削等，以实现难加工材料的高效加工。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于，包括以下内容：

2.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述棘齿型运动轨迹一个振动周期内的过程包括：切深逐渐增大，动态后角不断减小直至出现负后角，后刀面不断挤压工件表面，切削力增大，切削热量积累；刀具后角逐渐增加，切深先增加后减小，切削力先增加后减小，后刀面与工件接触面积先增加后迅速减小，刀具后刀面与工件表面逐渐分离，所述切削液从刀片的后刀面喷入所述分离切削区，切削温度迅速下降。

3.根据权利要求1或2所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述颤振刀杆根据选定的加工材料及切削参数进行设计制造，保证所述颤振刀杆的振动参数位于合理振动参数范围内；所述加工材料包括铝/镁/铜合金、不锈钢、钛合金、高温合金、高强钢以及复合材料；所述切削参数包括切削线速度、切深和进给量；所述振动参数包括颤振主振方向的主振幅和主频率；所述合理振动参数范围与工件材料、刀具材料和切削用量有关，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

4.根据权利要求3所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述颤振刀

5.根据权利要求4所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：刚度控制的方式包括改变刀杆材料，根据需要选取不同弹性模量的材料作为刀杆材料，还包括改变刀杆形状或结构，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

6.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述棘齿型的表面形貌由一个或者多个方向的振动产生，所述刀具与工件相对运动的轨迹方程如式：

7.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：使用三轴加速度传感器贴附在所述颤振刀杆的振动部位测量各方向振幅、频率以及相位差，确定所述颤振刀杆及所述刀具的振动轨迹，所述颤振刀杆的颤振主频率与主振方向上的固有频率接近，对所述颤振刀杆进行固有模态分析与设计，调控颤振频率。

8.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述颤振切削包括颤振车削方式、颤振铣削方式、颤振磨削方式、颤振钻削方式、颤振铰削方式以及颤振锪孔方式。

9.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述切削液为油基切削液、油基切削雾、水基切削液、水基切削雾或液氮，所述切削液压力根据机床条件和工艺效果要求确定。

10.根据权利要求1所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述机床包括能够进行切削加工工艺的车床、铣床、钻床、磨床和加工中心。

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【技术特征摘要】

1.一种难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于，包括以下内容：

4.根据权利要求3所述的难加工材料高效颤振切削方法，其特征在于：所述颤振刀杆需进行刚度弱化，刚度弱化的方向垂直于加工表面方向或沿回转切速方向，切削过程中，切削力的动态变化激发所述颤振刀杆沿弱刚度方向颤振，同时，刚度不能过弱，以相比普通切削延长刀具寿命为准。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张德远，刘恒，武文帅，张明硕，李济腾，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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