CN108311715B - 一种超声电脉冲辅助车削装置与车削方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精密加工领域，公开了一种超声电脉冲辅助车削装置与车削方法，其中车削装置包括第一固定装置、第二固定装置与刀具，第一固定装置与第二固定装置分别固定待加工工件的两端，还包括超声振动装置与电脉冲装置，超声振动装置用于驱动刀具发生超声振动，电脉冲装置用于向工件内输入脉冲电流。本发明通过超声振动装置驱动刀具发生超声振动，在应用电致塑性降低工件切屑力的基础上，还能够避免切屑与刀具粘黏，有效地解决了因切屑过度软化而导致的排屑不畅的问题，有助于提升工件的加工效率和加工质量。

Description

一种超声电脉冲辅助车削装置与车削方法
技术领域
本发明涉及精密加工领域，尤其是涉及一种超声电脉冲辅助车削装置，以及应用超声电脉冲辅助的车削方法。
背景技术
电致塑性是指金属在塑性变形过程中通入电流使得其塑性抗力显著降低的现象，该现象可以大大的提高金属的塑性和切削性能，因此电致塑性在电辅助成形(EAF)、电流辅助加工(EAM)与电塑性加工(EPMP)中表现出巨大的应用前景。现有技术中电流辅助加工(EAM)已经成功应用在拔丝(drawing)、拉伸(tension)、轧制(rolling)、穿模成形(blanking)、锻造成形、(forging)以及车削之中。将电脉冲引入工件中可以提高工件的塑性和加工性能，降低切削力，然而在脉冲电流密度较高时，电流的尖端放电现象又导致切屑过度软化，从而发生粘刀现象，影响加工过程中的正常排屑，进而限制了电脉冲辅助车削的应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超声电脉冲辅助车削装置，用于解决现有技术中切屑易粘刀，从而导致排屑不畅的问题。
本发明还提供了一种应用超声电脉冲辅助的车削方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超声电脉冲辅助车削装置，包括第一固定装置、第二固定装置与刀具，第一固定装置与第二固定装置分别固定待加工工件的两端，还包括超声振动装置与电脉冲装置，超声振动装置用于驱动刀具发生超声振动，电脉冲装置用于向工件内输入脉冲电流。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置用于驱动刀具沿工件的径向和轴向发生超声振动。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置包括第一超声杆、第二超声杆与连接座，第一超声杆与第二超声杆沿工件的径向放置，第一超声杆与第二超声杆相互平行，二者整体沿工件的轴向分布，连接座分别与第一超声杆、第二超声杆及刀具连接，第一超声杆与第二超声杆的振幅可独立调节。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置包括沿工件径向设置的第一超声杆，以及沿工件的轴向设置的第二超声杆，第一超声杆与第二超声杆连接，第二超声杆与刀具连接。
或者，超声振动装置包括沿工件的轴向设置的第三超声杆，以及沿工件的径向设置的第四超声杆，第三超声杆与第四超声杆连接，第四超声杆与刀具连接。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置用于驱动刀具沿工件的径向发生超声振动。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置包括沿工件的径向放置的超声杆，超声杆与刀具连接。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置用于驱动刀具沿工件的轴向发生超声振动。
作为上述方案的进一步改进方式，超声振动装置包括沿工件的轴向放置的超声杆，超声杆与刀具连接。
作为上述方案的进一步改进方式，电脉冲装置包括脉冲电源与电连接装置，电连接装置的输入端与脉冲电源导电连接，电连接装置的输出端与工件导电连接，且工件可以相对电连接装置的输出端转动。
作为上述方案的进一步改进方式，电连接装置包括电滑环，电滑环包括作为输出端的转动结构与作为输入端的静止结构，脉冲电源的两极各与一电滑环的静止结构导电连接；
或者，电连接装置包括碳刷，脉冲电源的两极各与一碳刷的输入端导电连接。
一种超声电脉冲辅助车削方法，其包括以下步骤，向工件内输入脉冲电流，向刀具施加超声振动，通过施加有超声振动的刀具对工件进行车削加工。
本发明的有益效果是：
本发明通过超声振动装置驱动刀具发生超声振动，在应用电致塑性降低工件切屑力的基础上，还能够避免切屑与刀具粘黏，有效地解决了因切屑过度软化而导致的排屑不畅的问题，有助于提升工件的加工效率和加工质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例主要结构的立体示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
参照图1，示出了本发明一个实施例主要结构的立体示意图。如图所示，超声电脉冲辅助车削装置的主体结构优选采用常见的车床，车床包括作为第一固定装置的三爪卡盘100，作为第二固定装置的顶针200，以及刀具300，其中三爪卡盘100与顶针200配合以分别固定待加工工件的两端，刀具300在相应的驱动装置(未示出)的驱动下对工件400进行加工，上述三爪卡盘100、顶针200与刀具300均可以选用公知技术，本发明对此不作赘述。
超声电脉冲辅助车削装置还包括超声振动装置与电脉冲装置，其中超声振动装置用于驱动刀具300发生超声振动，电脉冲装置用于向工件400内输入脉冲电流，以降低工件的塑性抵抗力，具体地，本发明中公开了刀具300的三种振动方式，包括：
1、超声振动装置用于驱动刀具300沿工件400的径向(图示X向)发生超声振动。作为此振动方式的优选实施方案，超声振动装置包括沿工件400的径向放置的超声杆，超声杆与刀具300连接。如此，当刀具300对工件进行切割时还会发生沿径向的高频振动，从而对工件表面进行冲击，而超声冲击会提高工件表面的显微硬度，使得切屑不易粘黏在刀具上，解决加工过程中排屑不畅的问题。
2、超声振动装置用于驱动刀具300沿工件400的轴向(图示Y向)发生超声振动。作为此振动方式的优选实施方案，超声振动装置包括沿工件400的轴向放置的超声杆，超声杆与刀具300连接。如此，当刀具300对工件进行切割时还会发生沿进给方向的高频振动，通过高频振动使得切屑与刀具脱离，同样也能解决加工过程中排屑不畅的问题。
3、超声振动装置用于驱动刀具300沿工件400的径向和轴向发生超声振动，作为此振动方式的一种优选实施方案，超声振动装置包括第一超声杆500、第二超声杆600与连接座700，其中第一超声杆500与第二超声杆600均沿工件400的径向放置，第一超声杆500与第二超声杆600相互平行，二者整体沿工件400的轴向分布。连接座700则分别与第一超声杆500、第二超声杆600及刀具300连接，即由第一超声杆500、第二超声杆600共同驱动刀具300。
本实施例中第一超声杆500与第二超声杆600的振幅可以独立调节，通过调节第一超声杆500与第二超声杆600的振幅大小，二者运动的合成将会实现刀具300的椭圆振动，椭圆振动包括沿工件400径向与轴向的运动，因此本实施方案同时包含了上述两种方案的有点，既可以通过增加工件表面硬度的方式避免切屑粘黏，也能通过沿进给方向振动的方式将粘黏在刀具上的切屑甩脱，从而进一步解决排屑的问题。
作为此振动方式的另一种优选实施方案，超声振动装置包括沿工件的径向设置的第一超声杆，以及沿工件的轴向设置的第二超声杆，其中第一超声杆与第二超声杆连接，第二超声杆与刀具连接，即两个超声杆分别负责刀具沿径向与轴向的振动，其同样也能实现刀沿两个方向振动的目的，本实施方案的优点在于可以通过对超声杆的独立控制实现刀具仅沿一个方向上的的振动，或者沿两个方向上的振动。
当然，也可以是设置沿工件的轴向设置的第三超声杆，以及沿工件的径向设置的第四超声杆，其中第三超声杆与第四超声杆连接，第四超声杆与刀具连接。
电脉冲装置包括脉冲电源(未示出)与电滑环800，电滑环800包括转动结构与静止结构，脉冲电源的两极各与一电滑环800的静止结构导电连接，电滑环800的转动结构则用于与工件400导电连接。本发明直接将脉冲电源的正负极通过电滑环连接在工件，简化了车床的绝缘处理，只需要在三爪卡盘100和顶针200处添加绝缘装置便可实现绝缘目的，有利于电脉冲辅助加工技术的应用和推广。基于此，本发明还包括设置在一固定装置与第二固定装置上的绝缘装置，具体地，绝缘装置包括三爪卡盘100上的绝缘卡爪110，以及顶针200上的绝缘板210。
此外，电滑环800也可以替换为碳刷，脉冲电源的两极各与一碳刷的输入端导电连接，碳刷的输出端则与工件导电连接。除上述的电滑环与碳刷之外，还可以采用其他常见的电连接装置，只需保证电连接装置的输入端与脉冲电源导电连接，电连接装置的输出端与工件导电连接，且工件可以相对电连接装置的输出端转动即可。
一种超声电脉冲辅助车削方法，其包括以下步骤，首先向工件内输入脉冲电流，通过电致塑性降低工件的切屑力，然后向刀具施加超声振动，通过施加有超声振动的刀具对工件进行车削加工，超声振动的方向可以沿工件的径向、轴向或者径向、轴向的合成。
以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种超声电脉冲辅助车削装置，包括第一固定装置、第二固定装置与刀具，所述第一固定装置与第二固定装置分别固定待加工工件的两端，其特征在于，还包括超声振动装置与电脉冲装置，所述超声振动装置用于驱动所述刀具发生超声振动，所述电脉冲装置用于向所述工件内输入脉冲电流；
所述超声振动装置用于驱动所述刀具沿所述工件的径向和轴向发生超声振动；
所述超声振动装置包括第一超声杆、第二超声杆与连接座，所述第一超声杆与第二超声杆沿所述工件的径向放置，所述第一超声杆与第二超声杆相互平行，二者整体沿所述工件的轴向分布，所述连接座分别与所述第一超声杆、第二超声杆及刀具连接，所述第一超声杆与第二超声杆的振幅可独立调节，通过调节所述第一超声杆与所述第二超声杆的振幅大小，二者运动的合成将会实现所述刀具的椭圆振动，用于通过增加工件表面硬度的方式避免切屑粘黏，以及通过沿进给方向振动的方式将粘黏在刀具上的切屑甩脱。
2.根据权利要求1所述的超声电脉冲辅助车削装置，其特征在于，所述电脉冲装置包括脉冲电源与电连接装置，所述电连接装置的输入端与所述脉冲电源导电连接，所述电连接装置的输出端与所述工件导电连接，且所述工件可以相对所述电连接装置的输出端转动。
3.根据权利要求2所述的超声电脉冲辅助车削装置，其特征在于，所述电连接装置包括电滑环，所述电滑环包括作为所述输出端的转动结构与作为所述输入端的静止结构，所述脉冲电源的两极各与一所述电滑环的静止结构导电连接；
或者，所述电连接装置包括碳刷，所述脉冲电源的两极各与一所述碳刷的输入端导电连接。
4.一种超声电脉冲辅助车削装置，包括第一固定装置、第二固定装置与刀具，所述第一固定装置与第二固定装置分别固定待加工工件的两端，其特征在于，还包括超声振动装置与电脉冲装置，所述超声振动装置用于驱动所述刀具发生超声振动，所述电脉冲装置用于向所述工件内输入脉冲电流；
所述超声振动装置用于驱动所述刀具沿所述工件的径向和轴向发生超声振动；
所述超声振动装置包括沿所述工件径向设置的第一超声杆，以及沿所述工件的轴向设置的第二超声杆，所述第一超声杆与所述第二超声杆连接，所述第二超声杆与所述刀具连接，通过对超声杆的独立控制实现所述刀具仅沿一个方向上的振动，或者沿两个方向上的振动；
或者，所述超声振动装置包括沿所述工件的轴向设置的第三超声杆，以及沿所述工件的径向设置的第四超声杆，所述第三超声杆与所述第四超声杆连接，所述第四超声杆与所述刀具连接，通过对超声杆的独立控制实现所述刀具仅沿一个方向上的振动，或者沿两个方向上的振动。
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