[发明专利]一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法

权利要求书

1.一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，包括：

对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直或含有与切削速度方向垂直的振动分量的横向超声振动；

设置切削参数和超声振动参数，使切削过程中出现动态负后角，切削刀具后刀面对工件表面进行超声频冲击挤压；

具体包括：

设置切削参数和超声振动参数满足公式(1)，使切削过程中出现动态负后角，切削刀具后刀面对工件表面进行超声频率的冲击挤压：

式中，α_t为动态后角，α为切削刀具名义后角，v_c为切削速度，A为超声振幅，F_z为超声振动频率；动态后角α_t越小，工件材料被挤压量越大，挤压效果越强；

所述切削参数包括切削刀具的切削速度v_c、进给速度v_f、切削刀具切深；

所述超声振动参数包括超声振动频率F_z和超声振幅A；

设定挤压重叠率；

具体包括：

挤压重叠率K通过以下公式(2)计算：

式中，所述挤压重叠率K为切削刀具多次挤压的面积总和与工件已加工表面面积的比值；K_c为在切削速度方向上的重叠率，l_e为一个振动切削周期内切削速度方向上单次挤压长度，λ为振动切削波长；K_f为切削刀具刃宽方向上的重叠率，w为切削刀具刃宽，f_w为刃宽方向上的进给量；挤压重叠率K越大，挤压效果越突出；

设定切削刀具的后刀面磨钝标准；

控制切削刀具相邻转的振动切削轨迹相位差；

开启机床与超声振动，使切削工件与挤压强化工件表面通过一道工序完成。

2.根据权利要求1所述的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，所述对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直或含有与切削速度方向垂直的振动分量的横向超声振动，具体包括：

对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直的径向或轴向超声振动；或者对机床上的切削刀具施加含有与切削速度方向垂直的振动分量的椭圆超声振动。

3.根据权利要求1所述的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，所述设定切削刀具的后刀面磨钝标准，具体包括：

根据预期挤压效果和加工精度设定相应的切削刀具后刀面磨钝标准；

所述预期挤压效果考虑由于后刀面磨损带的名义后角为零，当后刀面磨损带代替后刀面对工件进行挤压时，动态后角被进一步减小，一个振动切削周期内单次挤压长度l_e增大，挤压重叠率增大；

所述加工精度考虑后刀面磨损带会增大工件已加工表面粗糙度，降低加工精度。

4.根据权利要求1所述的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，所述控制切削刀具相邻转的振动切削轨迹相位差，具体包括：

实时获取机床主轴转动频率变化量ΔF_n，通过闭环控制对超声振动频率进行补偿，使所述超声振动频率的补偿满足以下公式(3)，使所述超声振动频率与机床主轴转动频率F_n严格同步，使冲压切削后工件的表面粗糙度最小：

ΔF_Z＝M·ΔF_n (3)

式中，ΔF_z为超声振动频率补偿值，ΔF_n为机床主轴转动频率变化量，M为控制特定相位差所需的超声振动频率与机床主轴转动频率F_n的理论比值。

5.根据权利要求1所述的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，所述机床为能进行各类切削加工工艺的车床、铣床、钻床、磨床或加工中心。

6.根据权利要求1所述的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，其特征在于，所述切削刀具为能进行各类切削加工工艺的车刀、铣刀、磨头、钻头、铰刀。