[发明专利]一种弱刚度零件高速断续超声振动切削加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对弱刚度零件利用超声振动切削进行高速加工的方法，更特别地说，是指一种运用纵向超声振动技术，对弱刚度零件进行断续、高效、高质量切削加工的方法。

背景技术

在机械制造领域中，弱刚度零件加工大量存在，如大直径深孔长轴（外径D大于200mm，长度L大于1000mm，孔深h大于500mm）外圆车削加工、薄壁盘（外径与最小壁厚之比大于200）端面车削加工、深孔轴（深径比大于50）内孔镗削加工等，这些零件形状复杂、余量大、材料难切削；精度与表面质量要求高，而且切削过程中在切削力、切削热作用下易发生变形和颤振，所以极大的影响了工件的加工精度和表面质量。

椭圆振动切削技术由于特殊的加工机理，虽然能减小切削力，降低切削温度，提高极限切削能力和加工质量，但由于切削线速度很小（一般4～6米/分），尤其加工大直径回转件，效率很低，因此在实际应用中受到了很大限制。

发明内容

为了提高弱刚度零件的加工质量和加工效率，本发明的目的是提出一种适用于对大直径深孔长轴的高效加工弱刚度零件的高速断续超声振动切削方法，该加工方法仅用车削/镗削方式实现整个弱刚度零件的加工，改变了传统对弱刚度零件加工需要进行车削/镗削→时效→磨削处理的步骤。本发明的加工方法极大地缩短了加工时间，提高了弱刚度零件的加工质量。本发明加工方法尤其能够实现大直径深孔长轴的高速、高效、高质量加工。

本发明的一种弱刚度零件高速断续超声振动切削加工方法，该加工方法是通过在现有车床上安装超声纵向振动切削装置（30），并由超声纵向振动切削装置（30）产生的刀尖沿椭圆轨迹振动，结合车床控制端设计的大直径深孔长轴的弱刚度零件的几何特征，利用装夹和定位工艺实现；具体加工方式为：

内孔镗削条件：线速度8～12米/分，进给量0.08～0.1毫米/转，切削深度0.05～0.1毫米；

内孔镗削过程：装夹已加工到所需余量的工件，夹紧要求距离卡盘位置10mm的跳动不大于0.002mm，右端面处的圆跳动不大于0.01mm，中心架支撑大直径深孔长轴中心偏左10mm处，夹紧中心架（20），夹紧后要求工件中心轴与镗削刀具（70）镗杆中心轴同轴度在0.02毫米内，顶紧尾顶尖（40）；开始按照预先生成的刀具轨迹指令进行镗削，直至加工到零件的规定尺寸；

高速精车削条件：线速度1000～1300米/分，进给量2～4毫米/秒，切削深度0.025～0.030毫米；

高速精车削过程：换刀程序执行，镗削刀具（70）更换为超声纵向振动切削装置（30），顶紧机床液压尾顶尖（40），准备进行外圆车削；顶紧后要求工件右端圆跳动不大于0.005mm；开始按照预先生成的刀具轨迹指令进行分步普通精车，当车削到加工余量剩余0.05mm后，程序自动中断；

外圆车削条件：线速度1000～1300米/分，进给量2～4毫米/秒，切削深度0.008～0.010毫米，振动频率20KHz，电压50伏，电流1安培，双边振幅20微米；

外圆车削过程：换刀程序执行，应用超声纵向振动切削装置（30）准备进行外圆车削；顶紧后要求工件右端圆跳动不大于0.005mm；开始按照预先生成的刀具轨迹指令进行分步普通精车，当车到加工余量剩余0.05mm后，程序自动中断；

改变支撑方式，然后进行第二刀、第三刀……外圆车削；

调转工件，进行另一侧的外圆车削，直至达到加工尺寸要求；

修磨右端中心孔条件：以中心孔磨床顶尖（50）顶紧工件左端中心孔，以中心孔磨床V型铁（60）定位靠近右端中心孔的外圆表面，在中心孔磨床上修磨右端中心孔；修磨完成后着色检验，中心孔着色面积不小于95%且沿圆周不间断；

修磨左端中心孔条件：以中心孔磨床顶尖（50）顶紧工件右端已修磨好的中心孔，以中心孔磨床V型铁（60）定位靠近左端中心孔的外圆表面，在中心孔磨床上修磨左端中心孔；修磨完成后着色检验，中心孔着色面积不小于95%且沿圆周不间断。

在本发明的一种弱刚度零件高速断续超声振动切削加工方法中，开启预先调试好的振动车削装置，在纵向上采用超声纵向振动切削装置（30）给刀具施加振幅为10μm的超声频率大振幅振动，通过调节振动驱动源的相位，使刀具的振动成为一个正弦轨迹的振动，使得此后的切削过程中刀具处于纵向振动状态。

本发明对大直径深孔长轴的高速断续超声振动切削方法的优点在于：

①通过高速断续振动的切削原理，突破了振动切削的速度限制，达到高速（1000～1300米/分）、高效加工的目的。