CN104526029A - 外激振动辅助铣削加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外激振动辅助铣削加工方法，该加工方法的工作步骤如下：将待加工工件固定在纵向振动板上，调整铣刀至加工位置，然后启动四通道信号发生器，四通道信号发生器产生电信号传送给四通道功率放大器，四通道功率放大器将电信号放大后，输入振动台，振动台接收电信号后，可通过安装于其内部的纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子实现横向单方向振动、竖向单方向振动、横竖双向振动，从而带动待加工工件进行一维或二维机械振动，实现对工件的外激振动辅助铣削加工。本发明大幅度的提高了加工过程中的振动的方向精度，有效的保证了振动加工过程的稳定性和加工精度，可实现单向或双向的振动加工，扩展了加工适用范围，提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及切削加工技术领域，具体地说是一种外激振动辅助铣削加工方法。
背景技术
振动辅助切削加工是一种新型的非传统的特种切削加工方法，它是在常规的切削加工方法的基础上，给刀具（或工件）施加适当方向、一定频率和振幅的外激机械振动，以改善其切削功效的复合切削方法。振动辅助切削加工时，由于外激振动的施加，刀具和工件发生间断性的接触， 从而使传统切削模式发生了根本性的变化，得到了许多普通切削无法得到的优良切削效果，如切削力小、切削热降低、工件表面质量高、切屑处理容易、刀具耐用度提高、加工稳定、生产效率高等优点。
车削是振动辅助切削的一个最主要应用领域，很多研究学者对振动车削进行了广泛实验研究，解决了一些难加工材料的加工问题。钻削也是振动辅助切削应用和研究比较广泛的一个领域。现有研究发现振动钻削有助于减小孔的尺寸偏差、减少切屑和刀具前刀面间的摩擦、有助于排屑并能改善加工表面粗糙度。
除了车削、钻削以外，振动辅助加工技术在磨削加工中的应用也有大量研究成果发表。然而，由于铣削加工刀具—工件相对运动较为复杂，外激辅助振动的施加存在困难，振动切削技术在铣削加工中的研究少有报道。公开号为：CN202428012U的专利文件公开了一种超声振动辅助铣削表面微造型的装置，该专利公开了超声振动在铣削加工技术领域的应用，但该专利公开的技术内容是采用单个振子与被振动体固定连接的方式，只能实现单方向振动，而且振动频率无法调节，这种方式不但振动过程不稳定，而且加工精度也不能保证。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种外激振动辅助铣削加工方法。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，该加工方法采用装置包括振动台、机床工作台、铣刀、机床主轴、四通道信号发生器、四通道功率放大器，振动台固定安装于机床工作台上，待加工工件固定安装于振动台上，振动台与四通道功率放大器通信连接，四通道功率放大器与四通道信号发生器通信连接；振动台包括横向振动板和纵向振动板，纵向振动板安装在横向振动板的凹槽内，纵向振动板的纵向两侧接触设置有纵向压电陶瓷振子，横向振动板安装在振动台的凹槽内，横向振动板的横向两侧接触设置有横向压电陶瓷振子，纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子分别通过信号线与四通道功率放大器连接；
该加工方法的工作步骤如下：将待加工工件固定在纵向振动板上，铣刀安装于机床主轴上，调整铣刀至加工位置，然后启动四通道信号发生器，四通道信号发生器产生电信号传送给四通道功率放大器，四通道功率放大器将电信号放大后，输入振动台，振动台接收电信号后，可通过安装于其内部的纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子实现横向单方向振动、竖向单方向振动、横竖双向振动，从而带动待加工工件进行一维或二维机械振动，实现对工件的外激振动辅助铣削加工。
所述的横向单方向振动加工的步骤如下:将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个横向压电陶瓷振子，两个横向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个横向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的横向单方向振动铣削加工。
所述的纵向单方向振动加工的步骤如下:将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个纵向压电陶瓷振子，两个纵向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个纵向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的纵向单方向振动铣削加工。
所述的横竖双向振动加工的步骤如下: 将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，分别输入两个横向压电陶瓷振子和两个纵向压电陶瓷振子，在铣削过程中横向压电陶瓷振子和纵向压电陶瓷振子分别交替带动待加工工件横向和纵向振动，实现对待加工工件的纵向和横向双向的振动铣削加工。
本发明的外激振动辅助铣削加工方法和现有技术相比，可以改变铣削刀具与工件间的相对运动方式，产生近似脉冲状切削力，有效降低平均切削力和切削温度,获得更为细碎的切削，提高加工表面质量；大幅度的提高了加工过程中的振动的方向精度，有效的保证了振动加工过程的稳定性和加工精度，可实现单向或双向的振动加工，扩展了加工适用范围，提高了加工效率。可通过四通道信号发生器产生不同频率的电信号，实现振动频率的调节，达到特定频率的振动辅助铣削加工的目的。可通过四通道功率放大器控制电信号的强弱，实现振动幅度的调节，达到特定振幅的振动辅助铣削加工的目的。
说明书附图
附图1为传统铣削的加工表面图。
附图2为外激振动辅助铣削的加工表面图。
附图3为普通铣削的螺旋形切屑。
附图4为外激振动辅助铣削的不规则细碎切屑。
具体实施方式
实施例1：
横向单方向振动加工：
该加工方法采用装置包括振动台、机床工作台、铣刀、机床主轴、四通道信号发生器、四通道功率放大器，振动台固定安装于机床工作台上，待加工工件固定安装于振动台上，振动台与四通道功率放大器通信连接，四通道功率放大器与四通道信号发生器通信连接；振动台包括横向振动板和纵向振动板，纵向振动板安装在横向振动板的凹槽内，纵向振动板的纵向两侧接触设置有纵向压电陶瓷振子，横向振动板安装在振动台的凹槽内，横向振动板的横向两侧接触设置有横向压电陶瓷振子，纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子分别通过信号线与四通道功率放大器连接。
将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个横向压电陶瓷振子，两个横向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个横向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的横向单方向振动铣削加工。
实施例2：
纵向单方向振动加工：
该加工方法采用装置包括振动台、机床工作台、铣刀、机床主轴、四通道信号发生器、四通道功率放大器，振动台固定安装于机床工作台上，待加工工件固定安装于振动台上，振动台与四通道功率放大器通信连接，四通道功率放大器与四通道信号发生器通信连接；振动台包括横向振动板和纵向振动板，纵向振动板安装在横向振动板的凹槽内，纵向振动板的纵向两侧接触设置有纵向压电陶瓷振子，横向振动板安装在振动台的凹槽内，横向振动板的横向两侧接触设置有横向压电陶瓷振子，纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子分别通过信号线与四通道功率放大器连接。
将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个纵向压电陶瓷振子，两个纵向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个纵向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的纵向单方向振动铣削加工。
实施例3：
横竖双向振动加工：
该加工方法采用装置包括振动台、机床工作台、铣刀、机床主轴、四通道信号发生器、四通道功率放大器，振动台固定安装于机床工作台上，待加工工件固定安装于振动台上，振动台与四通道功率放大器通信连接，四通道功率放大器与四通道信号发生器通信连接；振动台包括横向振动板和纵向振动板，纵向振动板安装在横向振动板的凹槽内，纵向振动板的纵向两侧接触设置有纵向压电陶瓷振子，横向振动板安装在振动台的凹槽内，横向振动板的横向两侧接触设置有横向压电陶瓷振子，纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子分别通过信号线与四通道功率放大器连接。
将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，分别输入两个横向压电陶瓷振子和两个纵向压电陶瓷振子，在铣削过程中横向压电陶瓷振子和纵向压电陶瓷振子分别交替带动待加工工件横向和纵向振动，实现对待加工工件的纵向和横向双向的振动铣削加工。
通过上述方法，在铣削过程中施加超声振动后，铣刀侧刃加工表面粗糙度明显减小。其原因主要体现在以下两个方面：其一、外激振动的施加改变了断屑和槽侧面成形机理。与普通切削时切削层金属沿滑移线发生剪切变形而脱离基体材料不同，由于刀具在切削过程中高频远离工件，切削层金属材料在瞬时切削力和振动产生的瞬时碰撞力作用下，被一点一点“撬”离母体金属材料，因而可形成十分细碎的切屑，并获得更为均匀一致的加工表面。其二、由于外激振动频率远远高于主轴回转频率，在微小的切削区内切削刃往复运动从而对切削层金属产生往复“熨压”作用，并且超声振动频率和主轴回转频率的比值越大“熨压”效果越显著。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (4)
1.外激振动辅助铣削加工方法，其特征在于，该加工方法采用装置包括振动台、机床工作台、铣刀、机床主轴、四通道信号发生器、四通道功率放大器，振动台固定安装于机床工作台上，待加工工件固定安装于振动台上，振动台与四通道功率放大器通信连接，四通道功率放大器与四通道信号发生器通信连接；振动台包括横向振动板和纵向振动板，纵向振动板安装在横向振动板的凹槽内，纵向振动板的纵向两侧接触设置有纵向压电陶瓷振子，横向振动板安装在振动台的凹槽内，横向振动板的横向两侧接触设置有横向压电陶瓷振子，纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子分别通过信号线与四通道功率放大器连接；
该加工方法的工作步骤如下：将待加工工件固定在纵向振动板上，铣刀安装于机床主轴上，调整铣刀至加工位置，然后启动四通道信号发生器，四通道信号发生器产生电信号传送给四通道功率放大器，四通道功率放大器将电信号放大后，输入振动台，振动台接收电信号后，可通过安装于其内部的纵向压电陶瓷振子和横向压电陶瓷振子实现横向单方向振动、竖向单方向振动、横竖双向振动，从而带动待加工工件进行一维或二维机械振动，实现对工件的外激振动辅助铣削加工。
2.根据权利要求1所述的外激振动辅助铣削加工方法，其特征在于，所述的横向单方向振动加工的步骤如下:将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个横向压电陶瓷振子，两个横向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个横向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的横向单方向振动铣削加工。
3.根据权利要求1所述的外激振动辅助铣削加工方法，其特征在于，所述的纵向单方向振动加工的步骤如下:将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，输入两个纵向压电陶瓷振子，两个纵向压电陶瓷振子的振动相位相差180°，两个纵向压电陶瓷振子协同作用，在铣削过程中交替带动横向振动板振动，实现对待加工工件的纵向单方向振动铣削加工。
4.根据权利要求1所述的外激振动辅助铣削加工方法，其特征在于，所述的横竖双向振动加工的步骤如下: 将来自四通道信号发生器信号通过四通道功率放大器将电信号放大后，分别输入两个横向压电陶瓷振子和两个纵向压电陶瓷振子，在铣削过程中横向压电陶瓷振子和纵向压电陶瓷振子分别交替带动待加工工件横向和纵向振动，实现对待加工工件的纵向和横向双向的振动铣削加工。
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