CN108067633A - 一种表面微结构及其阵列振动加工方法 - Google Patents

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吴瑞彪
孙旭东
黄鹏跃
张德远
陈华伟
王翀
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B3/02—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving a change of amplitude

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Abstract

本发明涉及一种表面微结构及其阵列振动加工方法，通过采用快速伺服刀具系统或超声振动切削装置，将现有成熟的表面加工技术，进行有效的结合和利用，即可完成多种表面微结构阵列的加工需求，具有适应性好，加工方便，并且可以有效的节约加工成本和设备成本；同时，加工效率高、质量可靠。

Description

一种表面微结构及其阵列振动加工方法
技术领域
本发明涉及一种加工方法，尤其是一种表面微结构及其阵列振动加工方法。
背景技术
摩擦磨损是工业设备失效的主要原因之一，据统计大约有80％的零件损坏是由于各种形式的磨损引起。表面微结构，是在摩擦面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽及其阵列。近年来大量研究表明：表面并非越光滑就越耐磨，具有一定非光滑形态的表面反而具有更好的抗磨性。在表面摩擦学性能的研究中，表面微结构在改善表面摩擦磨损性能方面起到了积极的作用。目前，多种工件的摩擦表面都采用了表面微结构，如发动机的汽缸/活塞、滑动轴承、密封环，高尔夫球表面、磁存储介质和M/NEMS的表面等。目前传统的表面微结构及其阵列的加工方式主要有机械滚压法、激光烧灼法等，机械滚压法柔性差，每一个刀具只能加工出一种形式，适应性不好，导致成本高，而激光烧灼法是通过激光打到零件表面进行热融化，产生表面微结构，这种方式由于热量集中，产生重融层，使零件的加工质量达不到使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面微结构及其阵列振动加工方法，实现表面微结构达到设计要求的同时，具有加工柔性好、成本低、质量稳定的特点。
本发明的具体技术方案是，所述的方法包括以下步骤：
1)加工前的准备
(a)数字化零件构形：采用三维绘图软件进行所需加工零件的三维构形；
(b)加工方式选择：根据三维构形上零件表面微结构指标，选择加工装置，其中：表面微结构切深在小于0.05mm，选择超声振动切削装置，切深不小于0.05mm的，选择使用快速伺服刀具系统；
(c)安装调整：调整数控机床，调整后机床主轴回转精度在0.01mm以内，根据步骤(b)的选择，将快速伺服刀具系统或超声振动切削装置装夹在调整好的数控机床上，调节刀尖位置，使刀尖运动轨迹在工件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差应小于0.01mm；
(d)计算参数：根据表面微结构振列指标，计算机床的主轴转速、进给量以及振动切削的频率，然后将相应的参数写入机床的数控程序，调整好振动电源或快速伺服刀架控制器；
2)零件加工
(a)安装：将半精加工结束的零件安装在机床上，并按要求找正；
(b)精加工：用静止状态的快速伺服刀具系统或超声振动切削装置将零件加工到所需尺寸；
(c)表面微结构加工：将零件加工到所需尺寸后，不改变切深，重复步骤(b)，并在开始加工的同时，打开快速伺服刀架装置或超声振动电源，按照步骤1的(d)步骤设定的参数对零件进行加工；
3)最终检验。
本发明采用了快速伺服刀具系统或超声振动切削装置，并针对具体的需求，选择具体采用哪种形式，其中超声振动切削装置，是在传统刀具上加上高频振动，频率在20KHz左右，可以实现切深较浅，阵列密集的表面的微结构的加工，具有切削力低、加工精度和表面质量高的特点；而快速伺服刀具系统，又称快速伺服刀架或快刀伺服系统，能够实现频率在20至1KHz的快速位移输出响应，可以实现较大切深、阵列稀疏的表面微阵列的加工，具有加工精度高、响应速度快及良好的指令跟踪性能。而本发明将现有成熟的表面加工技术，进行有效的结合和利用，其中在加工过程中，可以通过改变主轴转速和改变进给来改变微结构阵列密度，通过改变切深来改变表面微结构大小，通过改变刀具轨迹和刀具形状来改变表面微结构形状。总之，本发明根据零件的不同需求，通过调整参数等方式，即可完成多种表面微结构阵列的加工需求，具有适应性好，加工方便，并且可以有效的节约加工成本和设备成本；同时，无论是快速伺服刀具系统，还是超声振动切削装置进行加工，均为本领域的成熟的机械加工技术，其加工效率高、质量可靠。因此，本发明克服了现有技术中的不足，经实践证明，可以达到预期目的，效果良好。
具体实施方式
一种表面微结构及其阵列振动加工方法，所述的方法包括以下步骤：
1)加工前的准备
(a)数字化零件构形：采用三维绘图软件进行所需加工零件的三维构形；
(b)加工方式选择：根据三维构形上零件表面微结构指标，选择加工装置，其中：表面微结构切深在小于0.05mm，选择超声振动切削装置，切深不小于0.05mm的，选择使用快速伺服刀具系统；
(c)安装调整：调整数控机床，调整后机床主轴回转精度在0.01mm以内，根据步骤(b)的选择，将快速伺服刀具系统或超声振动切削装置装夹在调整好的数控机床上，调节刀尖位置，使刀尖运动轨迹在工件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差应小于0.01mm；
(d)计算参数：根据表面微结构振列指标，计算机床的主轴转速、进给量以及振动切削的频率，然后将相应的参数写入机床的数控程序，调整好振动电源或快速伺服刀架控制器；
2)零件加工
(a)安装：将半精加工结束的零件安装在机床上，并按要求找正；
(b)精加工：用静止状态的快速伺服刀具系统或超声振动切削装置将零件加工到所需尺寸；
(c)表面微结构加工：将零件加工到所需尺寸后，不改变切深，重复步骤(b)，并在开始加工的同时，打开快速伺服刀架装置或超声振动电源，按照步骤1的(d)步骤设定的参数对零件进行加工；
3)最终检验。

Claims (1)

1.一种表面微结构及其阵列振动加工方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)加工前的准备
(a)数字化零件构形：采用三维绘图软件进行所需加工零件的三维构形；
(b)加工方式选择：根据三维构形上零件表面微结构指标，选择加工装置，其中：表面微结构切深在小于0.05mm，选择超声振动切削装置，切深不小于0.05mm的，选择使用快速伺服刀具系统；
(c)安装调整：调整数控机床，调整后机床主轴回转精度在0.01mm以内，根据步骤(b)的选择，将快速伺服刀具系统或超声振动切削装置装夹在调整好的数控机床上，调节刀尖位置，使刀尖运动轨迹在工件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差应小于0.01mm；
(d)计算参数：根据表面微结构振列指标，计算机床的主轴转速、进给量以及振动切削的频率，然后将相应的参数写入机床的数控程序，调整好振动电源或快速伺服刀架控制器；
2)零件加工
(a)安装：将半精加工结束的零件安装在机床上，并按要求找正；
(b)精加工：用静止状态的快速伺服刀具系统或超声振动切削装置将零件加工到所需尺寸；
(c)表面微结构加工：将零件加工到所需尺寸后，不改变切深，重复步骤2的(b)步骤，并在开始加工的同时，打开快速伺服刀架装置或超声振动电源，按照步骤1的(d)步骤设定的参数对零件进行加工；
3)最终检验。
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