[发明专利]机床及工件加工方法

说明书

本发明涉及一种根据独立权利要求前述部分所述的机床及工件加工方法。

用带有定义型切削刀的工具去对工件进行切削加工是为大家所熟知的。这其中最常见的工艺有钻削、车削、铣削和刨削。所用的切削工具具有一个或几个具有明确定义的、可清晰描述的刀刃。该切削加工是通过刀具，尤其是其刀刃，与被加工工件间的相对运动(切削运动)来实现的。该工艺在一定的工具损耗下以一定的材料去除率进行切削加工，并且加工出的表面具有在一定程度上可预见的特征。就钻削而言，原则上是移动刀具并同时转动被加工工件。就铣削而言，原则上是铣削工具一边转动一边行进，或是转动铣削刀具的同时让工件自身行进。就刨削而言，可以让刀具或被加工工件行进。

此外大家知道的还有，利用不带有定义型切削刀的振动性工具去对工件进行加工。此类振动性工具粗糙，做研磨式工作并且以相对较高的频率振动着(振动运动)，例如以超过5kHz或超过10kHz或超过20kHz的频率。由于这样的高振动频率，其能超出人类听力范围，因此此类加工工艺通常又被称为超声波加工，并且此类机器被作为超声加工机。该工具的振动可以为平移式或旋转式振动。此类工具可表面平行于工件滑动而后去除工件表面材料。但也可捶击式的作用于工件。

这些使用带有定义型切削刀的工具的现有加工工艺的缺点是，在某些加工情况下，尤其是对某些工件材料，其材料去除率相对比较低或刀具磨损比较严重或被加工工件表面光洁度相对较差。显然，用传统的带有定义型切削刀的工具进行加工时发生的切屑断裂会导致加工成的表面较粗糙并有划痕，其机械上没有理想的对环境的抵抗力并易受其影响(腐蚀，生锈)。

本发明的任务是提供一种机床和一种工件加工方法，其在某些加工环境下，提供较高的材料去除率和/或较低的工具损耗和/或较好的表面光洁度，尤其是在工件上得到平滑密实的加工表面和具有较高残余压应力的加工表面。

所述任务是通过独立权利要求所述的技术特征而得以实现的。从属权利要求旨在本发明的优选实施例。

一台机床具有一个切削工具，其用于通过工具相对于工件的切削运动来对工件进行加工；和一个振动单元，其用于在工具和工件之间产生振动运动。通过一种工件加工方法，使工具和工件之间开展相对的切削运动，并与此同时或与此交替地开展振动运动。

将切削加工和振动加工相结合的优点在于，通过切削工具的定义型切削刀以及工件和刀刃间变化的相对运动使得切屑从该工件中排除出去。该排屑工艺因而追求的不是速度而是效果。该工艺由此可加工出较精细的表面，并且工件表面在加工后具有一个较高的残余压应力且较少情况会被划伤和留下纹路，从工件硬度和其表面对环境的抵抗力及机械应力来看这些都正是我们所希望的。

该振动单元优选位于工具附近。它可以包括一个或多个压电致动器或电磁致动器。其振动频率可以是大于5kHz，大于10kHz，大于20kHz或大于40kHz。该机床可以是一台钻床、一台铣床、一台车床、一台刨床或类似设备。该振动运动的方向可以平行和/或垂直于刀具的切割运动或二者间有一个夹角。该振动运动方向可以是平行于工件局部瞬时表面或与该表面夹有某个大于0°的角度。它还可以是垂直于工件表面。

该切削工具可适应于所说的可能的振动运动，例如该工具的某些个表面或刀刃呈粗糙的、齿状的或其他的如由现有刀具改造而来的。可以如此去改造，以使该刀具具有或避免特定的共振频率。

该振动单元可以是一个可快速更换的(自动更换式)切削工具的一部分，其次它可通过适当的装置来接收能量。例如，可以含有一个无线的(电感式)电力传输装置。

一个控制/调节装置可控制或调节该切削运动和该振动运动。

可含有用于确定工艺参数的传感系统，其中该工艺参数将可被反馈到控制装置。该切削运动控制和振动运动控制可互相独立地或互相交错地开展。其中一个可以根据其中另一个的控制参数或测量参数的大小而被控制或调节。

切削运动和振动运动可以相互同时被控制或有选择的相互独立的分别单独被控制。

下面将参照附图对本发明的个别实施例进行描述。附图示意性地展示：

图1一台机床示意图，

图2该机床的控制系统，

图3一个工具，

图4方向参数。