[发明专利]一种高速连续超声径向振动切削方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速连续径向超声振动切削方法及其实现装置，利用本方法及相关实现装置可以实现高速状态下的超声径向振动加工，极大地扩展了超声振动加工技术的应用范围。

背景技术

机械加工过程中，优异的加工质量是人们追求的最终目标，而这就要求加工技术产生的干扰加工质量的因素尽可能少。比如要求切削力尽可能小，从而降低因切削力产生的工艺系统变形，从而提高加工质量；要求切削温度尽可能低，从而减小温度对加工质量的影响。

超声振动加工技术是给刀具施加超声频率的低振幅超声振动，从而使得加工过程处于断续的状态，从而可以获得切削力降低、加工表面质量提高、切削温度降低等一系列的优点。基于以上优点，超声振动加工技术广泛地应用于难加工结构(弱刚度结构)、难加工材料(高切削力、高切削温度)等的加工中，取得了良好的效果。但由于超声振动加工的切削机理最根本的是基于工件刀具的断续接触-分离，从而使得工件的加工速度不能高于超声振动加工的临界速度，在工件的回转直径比较小时，工件的转速基本和普通切削转速差不多，但当工件的回转直径增大后，工件的转速将会远远低于普通切削加工的转速，这就极大地限制了加工的效率，从而也影响了超声振动加工技术的推广应用。

自动超声振动加工技术出现以来，人们一直着力于提高超声振动切削技术的加工效率问题，但目前还没有相关的装置或技术手段出现，所进行的研究和应用全部是在超声振动切削的临界速度之下进行的，而由于径向超声振动对于刀具的冲击破坏及表面加工质量的恶化，很少采用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速连续径向超声振动切削方法及其实现装置，以突破超声振动加工技术的速度限制、实现径向超声振动的切削加工应用、使得超声振动加工技术可以应用于大回转直径工件的高速切削领域，本发明设计出一种能够应用于高速切削的超声径向切削方法及一套相应的实现装置。该高速连续径向超声振动切削方法是基于单向超声振动、刀具与工件位置及刀具振动方向与工件的合理布置、对加工参数的合理设定，以及使用相应的实现装置，从而突破超声振动加工必须在较低速度下进行的限制、实现对大回转直径工件的高速连续径向超声振动切削加工。

高速连续径向超声振动切削方法步骤如下：在机床卡盘内装夹待加工的大直径工件，在机床刀架上装夹高速连续径向超声振动切削刀具、调整好高速连续径向超声振动切削刀具相对于大直径工件的位置，使得高速连续径向超声振动切削刀具所切方向正好为大直径工件的水平直径剖面方向；高速连续径向超声振动切削刀具的振动方向为沿工件的径向方向。

高速连续径向超声振动切削方法的具体实现方法参见图1-1所示。

令高速连续径向超声振动切削刀具的频率为f、振幅为a、刀具后角为θ、工件的速度为v、切削时间为t。

由图1所建立的坐标系来确定：坐标系以切削深度方向为y轴、正方向为切深增大方向，主切削力方向为x轴、正方向为切削长度增加方向，以初始切削点为原点，则

高速连续径向超声振动切削刀具刀尖的振动方程为：

y＝asin(2πft)

工件的运动方程为：

x＝vt

建立y(x)为：

y=asin(2πfxv)]]>

求得关于x的导数：

y′=2πafvcos(2πfxv)]]>

满足切削过程无负后角的条件为：