本發(fā)明涉及一種屬于機(jī)械加工
技術(shù)領(lǐng)域：
的黑金屬材料基體上微溝槽加工方法，具體涉及一種黑金屬材料基體上微溝槽的金剛石飛刀銑削加工方法。
背景技術(shù)：
：對(duì)于同一塊基體上加工不同形狀、不同尺寸的微溝槽，采用磨削加工方法很難達(dá)到要求。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，焦洋洋等人在《組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)》2014年第6期上撰文“飛刀加工微V溝槽CAD/CAM系統(tǒng)研究”，該方法是針對(duì)微溝槽的超精密加工，開發(fā)出從溝槽設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，零件建模，加工仿真與切削參數(shù)優(yōu)化的集成系統(tǒng)平臺(tái)，采用金剛石飛刀可以加工同一塊基體上不同形狀、不同尺寸的微溝槽，是利用金剛石刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡形成被加工微溝槽的形狀。對(duì)于有色金屬材料和非金屬材料采用金剛石飛刀銑削加工的方法是比較容易實(shí)現(xiàn)的。但對(duì)于在黑金屬材料基體上加工微溝槽，采用金剛石飛刀銑削加工的方法,由于金剛石飛刀與黑金屬材料之間的急劇擴(kuò)散磨損，使采用金剛石飛刀對(duì)于黑金屬材料基體上進(jìn)行微溝槽精密銑削加工很難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還存在金剛石飛刀銑削加工后在微溝槽溝邊處產(chǎn)生毛刺，后續(xù)去毛刺時(shí)，使微溝槽形貌精度降低問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種黑金屬材料基體上微溝槽的金剛石飛刀銑削加工方法，即基于超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀的黑金屬材料基體上微溝槽的銑削加工方法；實(shí)現(xiàn)在黑金屬材料基體上進(jìn)行微溝槽精密加工，滿足實(shí)際需求。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明涉及一種黑金屬材料基體上微溝槽的金剛石飛刀銑削加工方法，所述方法包括如下步驟：S1、金剛石飛刀刀桿與具有兩維超聲波的橢圓振動(dòng)換能器相連，金剛石飛刀固定在所述刀桿端部；所述橢圓振動(dòng)換能器固定在金剛石飛刀銑床主軸上；所述黑金屬材料基體工件裝夾在銑床加工工作臺(tái)上；S2、在所述橢圓振動(dòng)換能器上加上正弦波電壓，金剛石飛刀隨橢圓振動(dòng)換能器產(chǎn)生的兩維橢圓振動(dòng)進(jìn)行超聲波橢圓振動(dòng)，同時(shí)，金剛石飛刀還隨著銑床主軸在黑金屬材料基體上進(jìn)行軸向和徑向的進(jìn)給銑削運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)黑金屬材料基體上微溝槽的超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工。優(yōu)選的，所述金剛石飛刀刀桿為圓柱階梯形。優(yōu)選的，所述金剛石飛刀刀桿的長(zhǎng)度為四分之三波長(zhǎng)；所述波長(zhǎng)指的是超聲波在刀桿中傳播的波長(zhǎng)。優(yōu)選的，所述正弦波電壓為80～120伏。更優(yōu)選為80伏。優(yōu)選的，所述橢圓振動(dòng)換能器在相互垂直的兩個(gè)方向上發(fā)生超聲波振動(dòng),在其輸出端合成超聲波橢圓振動(dòng)，即所述兩維橢圓振動(dòng)。優(yōu)選的，所述兩維橢圓振動(dòng)達(dá)到長(zhǎng)軸:8～12μm,短軸:4～6μm,夾角:45～90°,諧振頻率:19.5～22.5kHz的橢圓振動(dòng)軌跡。更優(yōu)選達(dá)到長(zhǎng)軸:10μm,短軸:5μm,夾角:45°,諧振頻率:20.9kHz的橢圓振動(dòng)軌跡。優(yōu)選的，通過調(diào)解兩維橢圓振動(dòng)的相位差，在金剛石飛刀上可得到不同方位的橢圓振動(dòng)軌跡。優(yōu)選的，所述超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工為低頻和高頻相結(jié)合的周期性斷續(xù)的銑削加工。更優(yōu)選的，表征超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工過程的高頻正負(fù)脈沖函數(shù)如下式：h(t)={1(tb+nT)≤t<(ti+nT)-1(ti+nT)≤t<(te+nT)0(te+nT)≤t<(tb+(n+1)T),]]>其中，tb—在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)銑削開始時(shí)刻ti—在每一周期中金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向發(fā)生反轉(zhuǎn)開始時(shí)刻te——在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)銑削終了時(shí)刻T——橢圓振動(dòng)周期n為自然數(shù)。該高頻正負(fù)脈沖函數(shù)程表征了超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工中的分離特性和摩擦方向反轉(zhuǎn)特性，對(duì)抑制金剛石飛刀銑削黑金屬材料基體上的微溝槽時(shí)的金剛石飛刀的急劇擴(kuò)散磨損和抑制微溝槽溝邊處毛刺的產(chǎn)生有重要的影響。更優(yōu)選的，在每一個(gè)高頻切削加工周期剛開始后，橢圓振動(dòng)金剛石飛刀在垂直方向上的振動(dòng)速度小于切屑流出速度,金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向與切屑流出方向相反；之后，橢圓振動(dòng)金剛石飛刀在垂直方向上的振動(dòng)速度逐漸增大,當(dāng)該振動(dòng)速度大于切屑流出速度時(shí),金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，變?yōu)榕c切屑流出方向相同。優(yōu)選的，金剛石飛刀在水平方向上的超聲波橢圓振動(dòng)最大速度大于水平方向的進(jìn)給銑削速度時(shí),金剛石飛刀前刀面與切屑和工件之間發(fā)生分離。本發(fā)明當(dāng)金剛石飛刀在水平方向上的橢圓振動(dòng)最大速度大于水平方向的進(jìn)給銑削速度時(shí),金剛石飛刀前刀面與切屑和工件之間發(fā)生分離,通常要把加工條件設(shè)定滿足這一條件。因此,超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工是一種低頻和高頻相結(jié)合的周期性斷續(xù)的銑削方法。在每一個(gè)高頻切削加工周期剛開始后，橢圓振動(dòng)金剛石飛刀在垂直方向上的振動(dòng)速度小于切屑流出速度,金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向與切屑流出方向相反，阻礙切屑流出；這之后，橢圓振動(dòng)金剛石飛刀在垂直方向上的振動(dòng)速度逐漸增大,當(dāng)該方向的振動(dòng)速度大于切屑流出速度時(shí),金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，與普通銑削加工不同，這時(shí)摩擦力的方向與切屑流出方向相同，促進(jìn)切屑流出，使平均背向銑削力大幅度地減小。超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀前刀面與切屑和工件之間發(fā)生分離特性和金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向發(fā)生反轉(zhuǎn)特性，能有效地抑制金剛石飛刀銑削黑金屬材料基體上的微溝槽時(shí)的金剛石飛刀的急劇擴(kuò)散磨損和抑制微溝槽溝邊處毛刺的產(chǎn)生，提高微溝槽形貌精度和表面質(zhì)量,能實(shí)現(xiàn)黑金屬材料基體上的微溝槽金剛石飛刀精密銑削加工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：1、超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上的銑削加工過程與普通金剛石飛刀銑削過程不同,超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上的銑削具有金剛石飛刀前刀面與切屑、金剛石飛刀后刀面與工件的分離特性，能有效地抑制金剛石飛刀銑削黑金屬材料基體上的微溝槽時(shí)的急劇擴(kuò)散磨損。2、將超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上的銑削加工過程還具有另一個(gè)重要特性,即金剛石飛刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向具有反轉(zhuǎn)特性，這導(dǎo)致金剛石飛刀徑向銑削力在一個(gè)切削周期內(nèi)出現(xiàn)負(fù)值，使平均徑向銑削力大幅度地減小，能有效地抑制微溝槽溝邊處毛刺的產(chǎn)生，對(duì)提高金剛石飛刀銑削微溝槽形貌精度非常重要。上述兩點(diǎn)表明將超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上能有效抑制金剛石飛刀銑削黑金屬材料基體上的微溝槽時(shí)的金剛石飛刀的急劇擴(kuò)散磨損和抑制微溝槽溝邊處毛刺的產(chǎn)生，提高微溝槽形貌精度，實(shí)現(xiàn)微溝槽金剛石飛刀精密銑削加工。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干調(diào)整和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例本發(fā)明的黑金屬材料基體上微溝槽的金剛石飛刀銑削加工方法的具體步驟如下：(1)金剛石飛刀刀桿通過螺紋與具有兩維超聲波橢圓振動(dòng)換能器相連；(2)在具有兩維超聲波橢圓振動(dòng)換能器上同時(shí)加上正弦波電壓80伏,這兩維超聲波橢圓振動(dòng)換能器在相互垂直的兩個(gè)方向上發(fā)生超聲波振動(dòng),在其輸出端合成超聲波橢圓振動(dòng)；(3)金剛石飛刀刀桿設(shè)計(jì)成圓柱階梯形,使超聲波橢圓振動(dòng)換能器產(chǎn)生的兩維橢圓振動(dòng),進(jìn)一步增大,達(dá)到長(zhǎng)軸:10μm,短軸:5μm,夾角:45°,諧振頻率:20.9kHz左右的超聲橢圓振動(dòng)；(4)金剛石飛刀固定在刀桿端部,超聲橢圓振動(dòng)在金剛石飛刀處達(dá)到最大，通過調(diào)解兩維超聲波橢圓振動(dòng)的相位差，在金剛石飛刀上可得到不同方位的超聲橢圓振動(dòng)軌跡；(5)兩維超聲波橢圓振動(dòng)換能器固定在金剛石飛刀銑床主軸上，這樣金剛石飛刀不僅作橢圓超聲波振動(dòng),而且還隨主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，還隨主軸箱進(jìn)行軸向和徑向進(jìn)給銑削運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)微溝槽超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀銑削加工。本實(shí)施例結(jié)合上述方法的內(nèi)容提供以下超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上的黑金屬材料基體上的微溝槽銑削加工仿真結(jié)果。工件材料:高溫合金。刀具材料:金剛石。振動(dòng)條件:軌跡:橢圓(長(zhǎng)軸:10μm,短軸:5μm,夾角:45°),諧振頻率:20.9kHz。1)給兩維超聲換能器加上正弦波電壓,金剛石飛刀固定在飛刀刀桿端部,金剛石飛刀刀刃在此處達(dá)到最大的橢圓振動(dòng)軌跡。設(shè)定銑床主軸轉(zhuǎn)速為40rev./min,銑削深度為0.01mm，銑削進(jìn)給量為0.02mm/rev，普通金剛石飛刀，銑削60m，刀具就急劇磨損而失效。而超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上，銑削500m后，刀具后刀面磨損值小于10μm，能進(jìn)行微溝槽精密銑削加工,并且溝槽溝處邊無毛刺。2)同樣給兩維超聲換能器加上正弦波電壓,金剛石飛刀固定在飛刀刀桿端部,金剛石飛刀刀刃在此處達(dá)到最大的橢圓振動(dòng)軌跡。設(shè)定銑床主軸轉(zhuǎn)速為50rev./min,銑削深度為0.01mm，銑削進(jìn)給量為0.015mm/rev，普通金剛石飛刀銑削60m，刀具就急劇磨損而失效。而超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上，銑削500m后，刀具后刀面磨損值小于10μm，能進(jìn)行微溝槽精密銑削加工,并且溝槽溝邊處無毛刺。3)給兩維超聲換能器加上正弦波電壓,金剛石飛刀固定在飛刀刀桿端部,金剛石飛刀刀刃在此處達(dá)到最大的橢圓振動(dòng)軌跡。設(shè)定銑床主軸轉(zhuǎn)速為60rev./min,銑削深度為0.01mm，銑削進(jìn)給量為0.01mm/rev，普通金剛石飛刀銑削60m，刀具就急劇磨損而失效。而超聲波橢圓振動(dòng)附加在金剛石飛刀上，銑削500m后，刀具后刀面磨損值小于10μm，能進(jìn)行微溝槽精密銑削加工,并且溝槽溝邊處無毛刺。以上結(jié)果表明：本發(fā)明的基于超聲波橢圓振動(dòng)金剛石飛刀在黑金屬材料基體上微溝槽的銑削加工方法,能有效地抑制普通金剛石飛刀在黑金屬材料基體上銑削微溝槽時(shí)急劇磨損。并且微溝槽溝邊處無毛刺，能實(shí)現(xiàn)微溝槽金剛石飛刀精密銑削加工。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3