[发明专利]一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置及方法

权利要求书

1.一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置，其特征在于：包括计算机、激光辅助加热部分、超声振动加工部分和铣削加工部分；

超声振动加工部分包括超声发生器、换能器和变幅杆；

铣削加工部分包括机床工作台、机床主轴和微刃铣刀；

机床主轴垂直朝下设置，机床主轴下端连接换能器，换能器下端连接变幅杆，微刃铣刀上端装夹在变幅杆下端部，超声发生器通过导线与换能器连接；

机床工作台上设置有夹持器，夹持器上夹持有铝基碳化硅复合材料的工件，夹持器连接有三向测力仪，三向测力仪通过数据采集卡与计算机连接；计算机的显示器实时显示工件受力变化；

激光辅助加热部分设置在机床工作台旁边，激光辅助加热部分对工件待加工部位进行加热，工件通过热电偶丝与计算机连接；

微刃铣刀为阵列型疏密齿铣削刀具，选用金刚石刀具，主要包括一体结构且同中心线的刀柄、刀颈和刀杆，刀杆外圆沿圆周方向均匀设置有四组铣削结构，四组铣削结构对应的圆心角沿圆周方向依次增大，每组铣削结构均包括沿刀杆圆周间隔设置的第一列切削刃、第二列切削刃和第三列修光刃，第一列切削刃沿长度方向间隔设有若干个第一离散分屑槽形成若干个第一刀齿，第二列切削刃沿长度方向间隔设有若干个第二离散分屑槽形成若干个第二刀齿，第一离散分屑槽和第二离散分屑槽交错布置，第一列切削刃与第二列切削刃之间、第二列切削刃与第三列修光刃之间均设有齿间分屑槽。

2.根据权利要求1所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置，其特征在于：激光辅助加热部分包括激光发生器、角度调节支架和激光发射头；激光发射头安装在角度调节支架上，激光发生器与激光发射头连接。

3.根据权利要求1所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置，其特征在于：同一组铣削结构中的第二列切削刃与第三列修光刃的间距为a1，同一组铣削结构中的第二列切削刃与第一列切削刃的间距为a2，一组铣削结构中的第一列切削刃与相邻组铣削结构中的第三列修光刃的间距为a3，a1＜a2＜a3。

4.采用如权利要求3所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将铝基碳化硅复合材料的工件装夹到机床工作台的夹持器上，将三向测力仪设置在工件底部，测力仪连接数据采集卡和计算机；

（2）启动激光发生器，激光发射头在铣削方向的前方一定距离，发出高能激光束打到工件上，在加工之前进行一段时间的预加热，设置相同扫描速度、不同加热时间，将待加工部位的铝基碳化硅复合材料软化后，关闭激光发生器；

（3）启动机床和超声发生器，机床主轴带动换能器、变幅杆和微刃铣刀高速旋转，微刃铣刀也同时在超声振动下对工件的加热部分进行铣削作业；三向测力仪将测力信号传到数据采集卡中，通过计算机对切削力实时采集，同时热电偶丝紧贴工件进行测温、将温度传到计算机中进行实时采集；

（4）铣削完成后，从夹持器上取下加工好的工件，通过扫描电镜对铣削后的铝基碳化硅材料及刀具进行观测，观察铣削后刀具破损情况及材料表面质量。

5.根据权利要求4所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置的加工方法，其特征在于：铣削作业的具体过程为：铣削结构的第一列切削刃和第二列切削刃对工件进行粗加工，第一列切削刃的第一刀齿和第二列切削刃的第二刀齿对工件进行局部切削，第一离散分屑槽和第二离散分屑槽交错设置，第一离散分屑槽、第二离散分屑槽、齿间分屑槽可同时顺向和逆向排屑，抑制积屑瘤由于材料塑性增强所产生问题；第一刀齿和第二刀齿粗加工后的工件表面再经第三列修光刃进行精细修整；相邻两组的铣削结构的刃间距不同，也就是刃间角度不同，随着微刃铣刀呈递减形式，相邻组铣削结构的刀齿密度不断增大，实现对工件加工表面不断循环的精细修正。

6.根据权利要求4或5所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置的加工方法，其特征在于：激光发射头发出的激光束对工件待加工部位进行加热温度在550℃以内，防止微刃铣刀受热损伤。

7.根据权利要求4或5所述的一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置的加工方法，其特征在于：工件中铝基碳化硅复合材料的体积分数范围为15%～75%。