CN108453276B - 一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，具体按照如下步骤操作：首先使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套夹紧，保证套料钻刀具连接在刀具连接套一端的径向位移保持一定距离，同时调整夹具体的轴向位置使套料钻刀具的刀头位于过滤接头的中间位置，保证套料钻刀具的径向跳动在一定范围内，然后，将工件安装在工件进给系统中的定位板上并调整其位置，通电启动所述低频振动发生器，最后，依次启动冷却系统和刀具进给系统，进行硬脆套料的深孔加工直至深孔加工完成。本发明公开的方法解决了现有加工方法成形载荷大和表面质量差的问题。

Description

一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法
技术领域
本发明属于脆性材料套料加工技术领域，涉及一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，具有高硬度、脆性、耐磨性以及抗氧化性良好的硬脆性材料在工业生产中的应用渐趋普遍。这些硬脆材料普遍具有较高的脆性，断裂韧性较低，材料本身的弹性强度和弹性极限比较接近，导致材料加工难度较大，加工表面裂纹不易控制，磨削力较大且加工机理复杂，尤其加工较大直径的深孔时，难度更加明显。
现有技术对硬脆材料的大直径深孔加工方法主要是工件和套料钻分别做高速旋转和轴向进给，通过两者运动的合成完成孔加工，这种加工方法主要存在以下问题：(1)成形载荷较大，导致加工过程振动和噪声严重，影响了机床的加工性能，加工精度不高；(2)排屑和切削面的冷却困难，导致孔的加工深度不足，目前最长套料深度为0.75m；(3)润滑困难，加工摩擦力很大，表面质量较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，解决了现有加工方法成形载荷大和表面质量差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，采用如下所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工机床，包括刀具进给系统、工件进给系统和冷却系统，刀具进给系统包括刀具连接套，刀具连接套一端通过连接销固接套料钻刀具，套料钻刀具外圆周表面套接有可沿套料钻刀具轴向运动的滚动式镗套，滚动式镗套通过球轴承连接在支座上；工件进给系统包括夹具体，夹具体表面固接定位板，定位板上开有通孔，通孔内壁表面固接夹紧环，夹紧环套接在工件上，工件的一端固接低频振动发生器，低频振动发生器通过螺栓连接轴向顶紧架，轴向顶紧架固接在夹具体上；冷却系统包括冷却液注入环，冷却液注入环套接在套料钻刀具远离刀具连接套的一端，冷却液注入环还套接在工件远离轴向顶紧架的一端，冷却液注入环通过螺纹配合过滤接头，套料钻刀具连接在刀具连接套的一端还套接有冷却液回收环，冷却液回收环通过螺纹配合连接过渡接头，套料钻刀具套接冷却油注入环的一端上部侧壁开有通孔，通孔连通过滤接头，套料钻刀具套接冷却油回收环的一端底部侧壁开有通孔，通孔连通过渡接头，支座上表面还通过螺纹配合连接弹簧盖油杯；
具体操作包括如下步骤：
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套夹紧，套料钻刀具通过连接销与刀具连接套间隙配合，保证套料钻刀具连接在刀具连接套一端且与刀具连接套保持一定的径向位移，同时通过调整溜板箱来调整夹具体的轴向位置使套料钻刀具的刀头位于过滤接头的中间位置，然后通过轴承调整支座和滚动式镗套之间的位置，保证套料钻刀具不出现严重的径向跳动；
步骤2.将工件安装在工件进给系统中的定位板上，并调整工件位置；
步骤3.步骤1和步骤2完成后，设置低频震动发生器的频率为1000Hz并启动；
步骤4.启动所述冷却系统，然后启动刀具进给系统，进行硬脆套料的深孔加工，直至加工完成。
本发明的其他特点还在于，
步骤1中调整套料钻刀具连接在刀具连接套一端的径向位移为0.1-0.5mm；通过轴承调整所述支座和滚动式镗套之间的位置，保证套料钻刀刀具的径向跳动幅度在±0.1mm范围内。
步骤2的具体操作如下：
步骤2.1将工件置于定位板上，通过调整溜板箱调整夹具体的位置使工件待加工面处于过滤接头的中间位置，调整夹紧环和定位板的之间位置，使夹紧环和工件的间隙为±0.1mm；
步骤2.2调节轴向顶紧架使低频振动发生器和工件与轴向顶紧架牢固贴合。
步骤4的具体操作如下：
步骤4.1从弹簧盖油杯加入润滑油，充分润滑套料钻刀具和滚动式镗套的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头注入，通过套料钻刀具上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具和料芯的间隙回流到过渡接头；
步骤4.2冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀具在低转速下保持一段时间，再增加转速直至达到套料钻刀具的加工转速，设置夹具体轴向进给速度，同时正向进给一定时间后，再反向进给一段时间，直至整个工件的深孔加工完成。
步骤4.2中套料钻刀具在低转速下运行的条件是：转速为100-300r/min，保持时间为3-5min，套料钻刀具的加工转速为1000-1500r/min。
步骤4.2中夹具体的轴向进给速度为0.5-1.0mm/min，正向进给时间为3-5min，反向进给时间为0.5-1min。
本发明的有益效果是，一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，解决了现有加工方法成形载荷大和表面质量差的问题。通过在工件轴向进给的同时自身做低频的轴向振动，利用振动对材料内部产生的“体积效应”和对表面摩擦产生的“表面效应”，可以降低加工过程的成形载荷力，减小了加工过程的振动，同时排屑和切削面的冷却、润滑效果都大幅改善，使得切削温度大幅降低，表面粗糙度和加工精度大幅提高，为进一步加工孔的深度提供了非常好的条件。
附图说明
图1是本发明的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法中所使用的加工机床的结构示意图。
图中，1.刀具连接套，2.连接销，3.套料钻刀具，4.弹簧盖油杯，5.滚动式镗套，6.过滤接头，7.夹紧环，8.低频振动发生器，9.轴向顶紧架，10.工件，11.定位板，12.夹具体，13.支座，14.过渡接头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，采用如下的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工机床，其结构示意图见图1，包括刀具进给系统、工件进给系统和冷却系统，刀具进给系统包括刀具连接套1，刀具连接套1一端通过连接销2固接套料钻刀具3，套料钻刀具3外圆周表面套接有可沿套料钻刀具3轴向运动的滚动式镗套5，滚动式镗套5通过球轴承连接在支座13上；工件进给系统包括夹具体12，夹具体12表面固接定位板11，定位板11上开有通孔，通孔内壁表面固接夹紧环7，夹紧环7套接在工件10上，工件10的一端固接低频振动发生器8，低频振动发生器8通过螺栓连接轴向顶紧架9，轴向顶紧架9固接在夹具体12上；冷却系统包括冷却液注入环，冷却液注入环套接在套料钻刀具3远离刀具连接套1的一端，冷却液注入环还套接在工件10远离轴向顶紧架9的一端、并且通过螺栓固接端盖，冷却液注入环通过螺纹配合过滤接头6，套料钻刀具3连接在刀具连接套1的一端还套接有冷却液回收环，冷却液回收环通过螺纹配合连接过渡接头14，套料钻刀具3套接冷却油注入环的一端上部侧壁开有通孔，通孔连通过滤接头6，套料钻刀具3套接冷却油回收环的一端底部侧壁开有通孔，通孔连通过渡接头14，支座13上表面还通过螺纹配合连接弹簧盖油杯4；
具体操作包括如下步骤：
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，套料钻刀具3通过连接销2与刀具连接套1间隙配合，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端且与刀具连接套1保持一定的径向位移，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3不出现严重的径向跳动；
步骤2.将工件10安装在工件进给系统中的定位板11上，并调整工件10位置；
步骤3.步骤1和步骤2完成后，设置低频震动发生器8的频率为1000Hz并启动；
步骤4.启动冷却系统，然后启动刀具进给系统，进行硬脆套料的深孔加工，直至加工完成。
步骤1中调整套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移为0.1-0.5mm；通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动幅度在±0.1mm范围内。
步骤2的具体操作如下：
步骤2.1将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10待加工面处于过滤接头6的中间位置，调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；
步骤2.2调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤4的具体操作如下：
步骤4.1从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；
步骤4.2冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀具3在低转速下保持一段时间，再增加转速直至达到套料钻刀具3的加工转速，设置夹具体12轴向进给速度，同时正向进给一定时间后，再反向进给一段时间，直至整个工件的深孔加工完成。
步骤4.2中套料钻刀具3的在低转速下运行的条件是：转速为100-300r/min，保持时间为3-5min，套料钻刀具3的加工转速为1000-1500r/min。
步骤4.2中夹具体12轴向进给速度为0.5-1.0mm/min，正向进给时间为3-5min，反向进给时间为0.5-1min。
本发明的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其中套料钻刀具3通过刀具连接套1与机床床的主轴连接在一起可做高速旋转，套料钻刀具3末端固结的金刚石磨粒对工件10进行磨削，成为主切削运动。夹具体12随机床的溜板箱做轴向进给。工件10与低频振动发生器8直接接触，并一起做微小的轴向振动，三个运动形成深孔钻削的整个加工过程。高压冷却液经过滤接头6注入到切削加工面，把加工产生的热量和磨削通过料芯和刀具的间隙回流到过渡接头14，实现冷却液的循环利用和加工过程的冷却。
具体实施例如下：
实施例1
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移达到0.1mm，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动小于±0.1mm；
步骤2.将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10的轴向位置处于过滤接头6的中间位置，通过拧动夹紧环7上的螺钉调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；然后，通过螺栓调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤3.步骤1和步骤2完成后，通电启动低频振动发生器8，设置低频震动发生器的频率为1000Hz；
步骤4.从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀刀具3在转速100r/min保持3min，使得套料钻刀具3的表面充分润滑后，再增加转速达到套料钻刀具3的加工转速1000r/min；设置夹具体12轴向进给速度为0.5mm/min，同时正向进给3min后，再反向进给0.5min，直至整个工件的深孔加工完成。
实施例2
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移达到0.3mm，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动小于±0.1mm；
步骤2.将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10的轴向位置处于过滤接头6的中间位置，通过拧动夹紧环7上的螺钉调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；然后，通过螺栓调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤3.步骤1和步骤2完成后，通电启动低频振动发生器8，设置低频震动发生器的频率为1000Hz；
步骤4.从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀刀具3在转速200r/min保持5min，使得套料钻刀具3的表面充分润滑后，再增加转速达到套料钻刀具3的加工转速1200r/min，设置夹具体12轴向进给速度为0.6mm/min，同时正向进给5min后，再反向进给0.75min，,直至整个工件的深孔加工完成。
实施例3
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移达到0.5mm，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动小于±0.1mm；
步骤2.将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10的轴向位置处于过滤接头6的中间位置，通过拧动夹紧环7上的螺钉调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；然后，通过螺栓调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤3.步骤1和步骤2完成后，通电启动低频振动发生器8，设置低频震动发生器的频率为1000Hz；
步骤4.从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀刀具3在转速300r/min保持4min，使得套料钻刀具3的表面充分润滑后，再增加转速达到套料钻刀具3的加工转速1500r/min；设置夹具体12轴向进给速度为1.0mm/min，同时正向进给4min后，再反向进给0.1min，如此反复进给直至整个工件的深孔加工完成。
实施例4
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移达到0.3mm，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动小于±0.1mm；
步骤2.将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10的轴向位置处于过滤接头6的中间位置，通过拧动夹紧环7上的螺钉调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；然后，通过螺栓调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤3.步骤1和步骤2完成后，通电启动低频振动发生器8，设置低频震动发生器的频率为1000Hz；
步骤4.从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀刀具3在转速200r/min保持5min，使得套料钻刀具3的表面充分润滑后，再增加转速达到套料钻刀具3的加工转速1400r/min；设置夹具体12轴向进给速度为0.5mm/min，同时正向进给4min后，再反向进给0.1min，直至整个工件的深孔加工完成。
实施例5
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套1夹紧，保证套料钻刀具3连接在刀具连接套1一端的径向位移达到0.5mm，同时通过调整溜板箱来调整夹具体12的轴向位置使套料钻刀具3的刀头位于过滤接头6的中间位置，然后通过轴承调整支座13和滚动式镗套5之间的位置，保证套料钻刀具3的径向跳动小于±0.1mm；
步骤2.将工件10置于定位板11上，通过调整溜板箱调整夹具体12的位置使工件10的轴向位置处于过滤接头6的中间位置，通过拧动夹紧环7上的螺钉调整夹紧环7和定位板11的之间位置，使夹紧环7和工件10间隙为±0.1mm；然后，通过螺栓调节轴向顶紧架9使低频振动发生器8和工件10与轴向顶紧架9牢固贴合。
步骤3.步骤1和步骤2完成后，通电启动低频振动发生器8，设置低频震动发生器的频率为1000Hz；
步骤4.从弹簧盖油杯4加入润滑油，充分润滑套料钻刀具3和滚动式镗套5的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从过滤接头6注入，通过套料钻刀具3上的通孔流入到加工面，经套料钻刀具3和料芯的间隙回流到过渡接头14；冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节套料钻刀刀具3在转速300r/min保持5min，使得套料钻刀具3的表面充分润滑后，再增加转速达到套料钻刀具3的加工转速1500r/min；设置夹具体12轴向进给速度为1.0mm/min，同时正向进给5min后，再反向进给1min，直至整个工件的深孔加工完成。

Claims (6)

1.一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，采用如下所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工机床，包括刀具进给系统、工件进给系统和冷却系统，所述刀具进给系统包括刀具连接套(1)，所述刀具连接套(1)一端通过连接销(2)固接套料钻刀具(3)，所述套料钻刀具(3)外圆周表面套接有可沿所述套料钻刀具(3)轴向运动的滚动式镗套(5)，所述滚动式镗套(5)通过球轴承连接在支座(13)上；所述工件进给系统包括夹具体(12)，所述夹具体(12)表面固接定位板(11)，所述定位板(11)上开有通孔，通孔内壁表面固接夹紧环(7)，所述夹紧环(7)套接在工件(10)上，所述工件(10)的一端固接低频振动发生器(8)，低频振动发生器(8)通过螺栓连接轴向顶紧架(9)，所述轴向顶紧架(9)固接在夹具体(12)上；所述冷却系统包括冷却液注入环，冷却液注入环套接在所述套料钻刀具(3)远离刀具连接套(1)的一端，冷却液注入环还套接在所述工件(10)远离轴向顶紧架(9)的一端，所述冷却液注入环通过螺纹配合过滤接头(6)，所述套料钻刀具(3)连接在刀具连接套(1)的一端还套接有冷却液回收环，冷却液回收环通过螺纹配合连接过渡接头(14)，所述套料钻刀具(3)套接所述冷却液注入环的一端上部侧壁开有通孔，通孔连通所述过滤接头(6)，所述套料钻刀具(3)套接所述冷却液回收环的一端底部侧壁开有通孔，通孔连通所述过渡接头(14)，所述支座(13)上表面还通过螺纹配合连接弹簧盖油杯(4)；
具体操作包括如下步骤：
步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将所述刀具连接套(1)夹紧，所述套料钻刀具(3)通过连接销(2)与所述刀具连接套(1)间隙配合，保证所述套料钻刀具(3)连接在所述刀具连接套(1)一端且与所述刀具连接套(1)保持一定径向位移，同时通过调整溜板箱来调整夹具体(12)的轴向位置使所述套料钻刀具(3)的刀头位于所述过滤接头(6)的中间位置，然后通过轴承调整所述支座(13)和所述滚动式镗套(5)之间的位置，保证所述套料钻刀具(3)不出现严重的径向跳动；
步骤2.将工件(10)安装在所述工件进给系统中的定位板(11)上，并调整工件(10)位置；
步骤3.步骤1和步骤2完成后，设置所述低频振动发生器(8)的频率为1000Hz并启动；
步骤4.启动所述冷却系统，然后启动所述刀具进给系统，进行硬脆套料的深孔加工，直至加工完成。
2.如权利要求1所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，所述步骤1中调整所述套料钻刀具(3)连接在所述刀具连接套(1)一端的径向位移为0.1-0.5mm；通过轴承调整所述支座(13)和所述滚动式镗套(5)之间的位置，保证所述套料钻刀具(3)的径向跳动幅度在±0.1mm范围内。
3.如权利要求1所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作如下：
步骤2.1将所述工件(10)置于所述定位板(11)上，通过调整溜板箱调整夹具体(12)的位置使所述工件(10)待加工面处于所述过滤接头(6)的中间位置，调整所述夹紧环(7)和定位板(11)的之间位置，使所述夹紧环(7)和所述工件(10)间隙为±0.1mm；
步骤2.2调节所述轴向顶紧架(9)使所述低频振动发生器(8)和工件(10)与所述轴向顶紧架(9)牢固贴合。
4.如权利要求1所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，所述步骤4的具体操作如下：
步骤4.1从所述弹簧盖油杯(4)加入润滑油，充分润滑所述套料钻刀具(3)和滚动式镗套(5)的贴合面，然后启动冷却系统，将0.5MPa的高压冷却液从所述过滤接头(6)注入，通过所述套料钻刀具(3)上的通孔流入到加工面，经所述套料钻刀具(3)和料芯的间隙回流到所述过渡接头(14)；
步骤4.2冷却系统启动后，通电启动机床的主轴，并调节所述套料钻刀具(3)在低转速下保持一段时间，再增加转速直至达到所述套料钻刀具(3)的加工转速，设置所述夹具体(12)的轴向进给速度，同时正向进给一定时间后，再反向进给一段时间，直至整个工件的深孔加工完成。
5.如权利要求4所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，所述步骤4.2中所述套料钻刀具(3)在低转速下运行的条件是：转速为100-300r/min，保持时间为3-5min，所述套料钻刀具(3)的加工转速为1000-1500r/min。
6.如权利要求4所述的一种用于硬脆材料的深孔套料振动加工的方法，其特征在于，所述步骤4.2中所述夹具体(12)的轴向进给速度为0.5-1.0mm/min，正向进给时间为3-5min，反向进给时间为0.5-1min。
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