超声波椭圆振动镗削加工方法技术

一种属于精密机械加工技术领域的超声波椭圆振动镗削加工方法，本发明专利技术具体步骤如下：（１）在椭圆振动变幅杆本体直交两面上贴上压电陶瓷片；（２）在这两片压电陶瓷片上加上正弦波电压，这两片压电陶瓷发生伸缩，这样椭圆振动变幅杆本体发生弯曲振动；（３）通过椭圆振动变幅杆，使发生的弯曲振动进一步增大；（４）镗刀固定椭圆振动变幅杆端部，椭圆振动在该处达到最大；（５）在水平和垂直这两个方向的弯曲振动合成之后，在镗削刀刃上得到椭圆振动轨迹；（６）椭圆振动变幅杆本体通过椭圆振动节点固定在镗杆上。本发明专利技术镗削力大幅降低，镗杆变形显著减小，镗削加工系统稳定性明显提高，镗削精度和表面光洁度大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种属于机械加工
的镗削加工方法，特别是一种。
技术介绍
随着航空航天和光学事业的发展，在航空航天和光学器械领域有大量的薄壁深孔类零件需要精密镗削加工，对于薄壁深孔类零件，由于镗削时镗刀杆悬伸长和零件刚度弱，极易引起颤振，使镗削加工表面质量、镗削尺寸精度和形状精度急剧下降。用磨削方法加工薄壁深孔其精度和质量也达不到理想的加工要求，原因是磨削所用的砂轮轴悬臂长，易引起颤振，同时磨削温度引起薄壁深孔类零热变形，造成磨削表面质量恶化、尺寸精度和形状精度差，难以满足生产实际的需要。经对现有技术文献的检索发现，高印寒等人在《机械工程学报》1996年第1期上撰文“超声波振动镗削“刚度化”的研究”，该方法是将超声波直线振动附加在镗刀上的一种镗削方法，该文分析了采用超声波直线振动镗削方法“刚度化”的效果，分析结果表明与普通镗削相比，超声波直线振动镗削能降低镗削力和镗杆变形，提高加工精度等，但要进一步降低镗削力和提高加工精度，超声波直线振动镗削即普通超声波振动镗削方法很难达到这一高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种，使其镗削力大幅降低，镗杆变形显著减小，镗削加工系统稳定性明显提高，镗削精度和表面光洁度大幅提高。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术在镗削加工中，使镗刀刀刃产生长轴和短轴为8μm，频率为20kHz左右的椭圆振动。本专利技术具体步骤如下(1)在椭圆振动变幅杆本体直交两面上贴上压电陶瓷片； (2)在这两片压电陶瓷片上加上正弦波电压100伏，这两片压电陶瓷发生伸缩，这样椭圆振动变幅杆本体发生弯曲振动；(3)通过椭圆振动变幅杆，使发生的弯曲振动，进一步增大，达到长轴和短轴为8μm的椭圆振动轨迹；(4)镗刀固定椭圆振动变幅杆端部，椭圆振动在该处达到最大；(5)在水平和垂直这两个方向的弯曲振动合成之后，在镗削刀刃上可得到椭圆振动轨迹；(6)椭圆振动变幅杆本体通过椭圆振动节点固定在镗杆上，这样固定在椭圆振动变幅杆端部的镗刀不仅作椭圆振动，而且还随镗杆进行转动和轴向进给运动，实现超声波椭圆振动镗削加工。本专利技术当刀刃在径向上的椭圆振动最大速度大于镗削切削速度时，镗刀与切屑和工件之间发生分离，通常要把加工条件设定满足这一条件，因此，超声波椭圆振动镗削是一种周期性断续的镗削方法；在每一个镗削周期刚开始后，椭圆振动镗刀在径向上的振动速度小于切屑流出速度，镗刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向与切屑流出方向相反，阻碍切屑流出；这之后，椭圆振动刀具在圆周切向上的振动速度逐渐增大，当该方向的振动速度大于切屑流出速度时，镗刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转，与普通镗削和超声波直线振动镗削时不同，这时摩擦力的方向与切屑流出方向相同，促进切屑流出，导致了径向镗削力在一个镗削周期内出现负值，使平均径向镗削力大幅度地减小，导致镗削精度、镗削系统刚度和表面粗糙度显著提高等切削效果。本专利技术通过一个正负脉冲函数表征分离型超声波椭圆振动镗削过程h(t)=1(tb+nT)≤t<(ti+nT)-1(ti+nT)≤t<(te+nT)0(te+nT)≤t<(tb+(n+1)T)----(1)]]>式中tb-在一个振动镗削周期内镗削开始时刻ti-在每一镗削周期中刀具前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转开始时刻tc-在一个振动镗削周期内切削终了时刻 T-椭圆振动周期n＝0，1，2……当h(t)＝1时，镗刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向与普通镗削和普通超声波振动镗削时相同，即与切屑流出方向相反，阻碍切屑流出；当h(t)＝-1时，镗刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转，与普通切削和普通超声波振动镗削时不同，即与切屑流出方向相同，促进切屑流出；h(t)＝0时，镗刀与切屑和工件分离，镗刀处于非切削状态。将h(t)按Fourier级数展开，得h(t)=tc1T+2πΣn=1∞1nsin(tc1nTπ)cos(nωut)]]>-tc2T-2πΣn=1∞1nsin(tc2nTπ)cos(nωut)----(2)]]>式中tc1＝ti-tbtc2＝te-tiωu-2πff-椭圆振动频率超声波椭圆振动镗削过程中的分离特性和摩擦方向反转特性对镗削力、镗削精度和镗削表面质量将有重要的影响。本专利技术的有益效果是使其将超声波椭圆振动附加在镗刀上，与超声波直线振动镗削加工方法一样都具有分离特性，不同的是超声波直线振动镗削加工方法仅是刀具前刀面与切屑分离，而刀具后刀面与工件是不分离，但是，超声波椭圆振动切削不仅是刀具前刀面与切屑分离，而且刀具后刀面与工件也分离，这样彻底地打开了“切削禁区”，可使切削液进入切削区，充分润滑和冷却刀具，导致刀具寿命提高。另外，还具有另一个重要特性，即镗刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向具有反转特性，这导致径向镗削力在一个镗削周期内出现负值，使平均径向镗削力大幅度地减小，特别是径向切削力的平均值接近于0。这使镗削加工系统稳定性明显提高，镗削精度大幅提高，镗削表面粗糙度显著下降；能有效地消除镗削加工中的颤振；能有效地抑制镗削加工中产生的毛刺。具体实施例方式实施例结合本专利技术方法的内容提供以下镗削加工仿真结果。工件材料铝(52S).镗刀材料硬质合金.刀具前角-5°，刀具后角12°，主偏角65°.刀尖圆弧半径0.1mm.振动条件轨迹圆(半径4μm)，直线(振幅4μm)，谐振频率18.76 kHz. (1)给变幅杆本体上两片压电陶瓷片加上正弦波电压，这两片压电陶瓷发生伸缩，镗刀固定椭圆振动变幅杆端部，通过椭圆振动变幅杆，镗刀刀刃处达到长轴和短轴为8μm的椭圆振动轨迹.设定镗削速度为5m/min，镗削深度为0.05mm，进给量为0.025mm/rev时，超声波椭圆振动镗削径向镗削力为0.08N，超声波直线振动镗削径向镗削力为0.3N，而没加超声波椭圆振动的普通镗削径向镗削力为5.5N，椭圆振动镗杆的径向位移是普通镗削的1/70左右，直线振动镗杆的径向位移是普通镗削的1/15左右. (2)同样在变幅杆本体上两片压电陶瓷片加上正弦波电压，这两片压电陶瓷发生伸缩，镗刀固定椭圆振动变幅杆端部，通过椭圆振动变幅杆，镗刀刀刃处达到长轴和短轴为8μm的椭圆振动轨迹.设定镗削速度为10m/min，镗削深度为0.05mm，进给量为0.025mm/rev时，超声波椭圆振动镗削径向镗削力为0.15N，超声波直线振动镗削径向镗削力为0.5N，而没加超声波椭圆振动的普通镗削径向镗削力为5.5N.椭圆振动镗杆的径向位移是普通镗削的1/35左右，直线振动镗杆的径向位移是普通镗削的1/10左右. (3)在变幅杆本体上两片压电陶瓷片加上正弦波电压，这两片压电陶瓷发生伸缩，镗刀固定椭圆振动变幅杆端部，通过椭圆振动变幅杆，镗刀刀刃处达到长轴和短轴为8μm的椭圆振动轨迹.设定镗削速度为18m/min，镗削深度为0.05mm，进给量为0.025mm/rev时，镗削深度0.05mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波椭圆振动镗削加工方法，其特征在于，具体步骤如下：（１）在椭圆振动变幅杆本体直交两面上贴上压电陶瓷片；（２）在这两片压电陶瓷片上加上正弦波电压，这两片压电陶瓷发生伸缩，这样椭圆振动变幅杆本体发生弯曲振动；（３ ）通过椭圆振动变幅杆，使发生的弯曲振动进一步增大；（４）镗刀固定橢圆振动变幅杆端部，椭圆振动在该处达到最大；（５）在水平和垂直这两个方向的弯曲振动合成之后，在镗削刀刃上得到椭圆振动轨迹；（６）椭圆振动变幅杆本体通过椭 圆振动节点固定在镗杆上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马春翔，王艳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]