[发明专利]椭圆振动辅助微V型槽分层切削的加工方法

摘要

本发明公开了一种椭圆振动辅助微V型槽分层切削的加工方法，属于数控加工领域。首先根据工件进给方向和椭圆振动轨迹方向相对原则，根据刀具椭圆轨迹上最低点的运动方向，确定平移工件进给方向；根据配置的V型槽特征，对现有刀具进行修改，以满足目标微V型槽的特征；根据加工材料的相对可加工性等级和精度要求，采用均匀分层切削方式，设计一种分层椭圆振动辅助切削加工的方法，并对加工轨迹进行规划；建立微V型槽的表面形貌特征模型，根据V型槽表面粗糙度的影响因素，对加工参数进一步的修改，加工出满足要求的微V型槽减阻织构。本发明具有加工成本低、基准面适应性广等优点，在数控机床等平台上可以直接进行精密加工。

主权项

1.一种分层椭圆振动辅助切削微V型沟槽的加工方法，其特征在于包括如下步骤：(1)基于椭圆振动轨迹的方向和工件进给方向相对性原则，采用刀具作椭圆运动,工件作平移进给运动的运动关系,并确定工件的进给方向；基于椭圆振动轨迹的方向和工件进给方向相对性原则，首先应根据刀具椭圆运动轨迹方向为顺时针或逆时针，得到刀具在椭圆轨迹上最低点的运动方向；其次，工件的平移进给方向应与刀具在椭圆最低点的运动方向相反，便可确定工件的平移进给方向；(2)根据待加工等截面V型槽的形状特征，对现有的刀具进行修改，设计与制造合适的用于加工V型槽的刀具；设待加工等截面V型槽的宽度为l，深度为h，顶角为θ，但是在实际加工中，由于刀具刀尖半径r的存在，实际加工出的等截面V型槽槽底为圆弧状，且圆弧状的垂直高度为h’ ，根据等截面V型沟槽形状的对称性，其尺寸参数之间的关系如下所示：当待加工等截面V型槽的深度h＞h′时，所对应的宽度l为：当待加工等截面V型槽的深度h＜h′时，V型槽实际为圆弧状沟槽，其所对应的宽度l′为：根据刀具成形法的基本原理，刀具应满足待加工等截面V型槽的外形特征：其中，α为刀尖角，c为刀具切削刃的长度；若刀具不满足，则对现有的刀具进行修改，即线切割处理，直到满足待加工等截面V型槽特征要求；(3)基于待加工等截面V型槽的加工精度要求和椭圆振动辅助切削轨迹，采用均匀分层加工方式，设计椭圆振动辅助V型槽分层切削的加工轨迹；二维的椭圆振动轨迹方程如下所示：其中，A为切削方向的振动振幅，B为切深方向的振动振幅；f为振动频率；工件的平移进给速度v_cut，初始切削深度为D,因此，刀具相对于工件的加工轨迹如下式(6)所示：根据待加工等截面V型槽的尺寸特征，采取均匀分层切削方式，确定合理的切削层数，即根据精度要求和加工材料的相对可加工性等级，确定每层的切削厚度；根据加工材料所允许的切削速度v_T确定其相对加工性等级K_v，其计算公式如下所示：K_v＝v_T/v₆₀    (7)其中，v_T为加工材料的允许切削速度，v₆₀为45^#钢材料的允许切削速度；根据相对加工性等级和表面粗糙度要求，便可确定其合适的加工厚度d′，最后再根据待加工等截面V型沟槽的深度h便可确定具体的均匀分层加工层数n，如下式(8)所示：(4)建立基于椭圆振动辅助切削的V型沟槽形貌模型，推导其形态特征参数，并根据特征参数，确定V型槽表面粗糙度的影响因素，根据影响因素，预测V型槽槽壁表面质量变化规律；根据刀具运动轨迹和V型槽表面形貌模型，可以得到其理论形貌参数：切削深度h，最大残余高度Δh和纹路表面波峰之间的间距s，如下公式所示：h＝D+Δh      (9)其中和待加工等截面V型沟槽表面粗糙度有关的两个参数是最大残余高度Δh和表面纹路上波峰之间的间距s，影响V型槽表面粗糙度的因素有工件平移进给速度v_cut，椭圆振动装置两个方向的振动振幅A、B，以及共振频率f，因此，为了减少V型沟槽的表面粗糙度值，可以减少切深方向振动振幅B和工件平移进给速度v_cut，或者增大切削方向振动振幅A和激励频率f；(5)根据已经确立的分层层数和加工轨迹进行等截面微V型沟槽的加工。