[发明专利]一种高速脉动式车削加工方法及实现该方法的装置

说明书

本发明提供了一种高速脉动式车削加工方法与实现该方法的装置。在车削过程中，刀具与工件的接触方式由持续接触式改进为脉动接触式；借助刀具运动，实现刀刃与工件的相对线切削速度大于工件的表面线速度，实现高速车削。相比于传统车削技术，本发明的线切削速度由刀具速度与工件表面线速度共同组成。进一步地，在车削前后对刀具实施主动冷却，在车削之前对工件材料进行温度控制，扩大了刀具的材料可加工范围；另外，由于结合了主动冷却措施，避免了升温对刀具造成的耐热负担。本方法提高了车削线速度、节约了能耗、降低车削过程中的热量、延长了刀具的使用寿命，适用材料范围大，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于车削加工技术领域，尤其涉及一种高速脉动式车削加工方法及实现该方法的装置。

背景技术

车削是一种常见的切削加工方法，在切削生产中占有十分重要的地位，该方法是在车床上利用主轴使工件相对固定刀具进行旋转而对工件进行切削。因此，在车削过程中，刀具的刀刃和工件的接触方式一般为单点持续接触式。

但是，这种单点连续接触的车削方式存在的不足是车削线速度低。尤其是当需要车削大型工件时，例如大型船只的传动轴、发电机组的主轴、航空发动机中心轴等部件，由于工件尺寸大，普通车削机床(简称“车床”)难以加工，需要使用重型车床。在重型车床中，由于待加工工件的尺寸较大，若主轴以高速旋转，一方面将增大主轴负担，对电动机和主轴零部件性能提出更高要求，一方面由于功耗随着转速的平方成比例增加，转速提高导致耗费大量能源，增加车床的生产与运行成本。因此，与主轴转速一般在500RPM以上的中型和小型车床相比，重型车床在车削大型工件时，主轴的转速一般低至50RPM以内，利用固定的车削刀具对低速旋转的工件进行车削。

主轴转速低将产生如下问题：(1)刀具相对工件的线切削速度低，即车削线速度低，导致加工周期漫长；(2)当线切削速度低时，车削力大，刀具磨损严重，影响切削加工质量，尤其是对高硬度、高粘性、高脆性等材料的切削质量大大降低。熊楚杨等人在文献：关于Salomon假设的研究综述，航天制造技术，2007.中的研究也表明，刀具相对工件的线切削速度提高，则出现切削力下降、可车削材料范围扩大、车削加工质量提高、加工产热降低等一系列优点。

另外，单点连续接触的车削方式中，刀具和工件摩擦产生热量不易散失。尤其是在重型车床中，由于工件尺寸大、重量大，刀具和工件摩擦产生大量的热量，这些热量会导致以下问题：(1)刀具磨损加快，点接触退化为线接触甚至面接触，切削力随之增大；(2)刀具发生热变形，影响加工精度；(3)切屑温度升高，在刀具上形成积屑瘤，再次影响刀具精度。目前，在实际车削加工过程中，一般采用施加冷却液来降低摩擦、带走热量。但是，由于单点连续接触式的车削工艺中切削接触点面积有限，因此很难被有效冷却，冷却效果不佳。

此外，当前的车削技术主要针对金属工件，而对脆性材料或超硬材料的加工能力不足，对粘性材料(如铜等)，以及导热性差的材料(如钛合金等)的加工则出现黏刀和热损等一系列问题。尤其是在重型车床中，主轴转速较低，对脆性材料、超硬材料、粘性材料以及导热性差的材料的加工质量则更加有待提高。

因此，如何改进现有的车削工艺，尤其是重型车床中对大尺寸工件的车削加工工艺是本领域科技工作者的重点研究课题之一。

发明内容

针对上述现有车削技术中存在的不足之处，本发明提供了一种高速脉动式车削加工方法，该方法能够在车床主轴转速相对较低的情况下，实现高速线切削速度，从而提高车削效率、延长刀具使用寿命、扩大可加工材料范围，以及降低加工成本，尤其适用于重型车床对大尺寸、高质量的大型工件的车削加工。