[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

说明书

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，包括计算机、激光辅助加热部分、超声振动加工部分、机床工作台、机床主轴和微刃铣刀；超声振动加工部分包括超声发生器、换能器和变幅杆；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；激光辅助加热部分对工件待加工部位进行加热。本发明在铣削加工作业过程中，可加快切屑排出，消除刀具颤振，降低磨料磨损和黏着磨损，降低铣削力与切削热，保证加工尺寸精度，提高工件表面质量与加工效率，节约加工成本。

技术领域

本发明属于精密超精密加工技术领域，具体涉及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。

背景技术

铝基碳化硅复合材料具有比强度高、热膨胀系数低、热稳定性好等特点，被广泛应用于国防、航天、电子及化学工业等领域。硬质相碳化硅颗粒分布在铝基体中，颗粒在增强材料物理力学性能的同时增加了它的切削加工难度，使其在加工中常产生凸起、裂纹、坑洞等表面缺陷; 在工件边缘出现毛刺、崩边、碎裂及剥落等棱边损伤，普通铣削刀具容易被碳化硅颗粒磨损并出现崩刃等现象，从而导致零件表面完整性差、尺寸精度差等问题，难以满足加工要求，增大了加工成本。

高速铣削铝基碳化硅材料过程中，等齿距铣刀因各刀齿铣削力波形完全相同而易引起加工系统产生自激振动，不但会降低加工表面质量、表面精度以及加工效率，还会减小刀具使用寿命。疏密齿微刃铣刀能够有效抑制铣削加工过程中的振动问题。

超声振动铣削技术是一种间歇式的切削方法，在每一个振动周期内可实现材料去除，能有效缓解刀具磨损，延长刀具使用寿命，并保证加工尺寸精度、提高工件表面质量、降低切削力。超声振动时要求小振幅，易导致加工效率低，对于硬脆性材料，刀具与工件的微观冲击作用致使刀具产生崩刃破坏；激光加热可以通过激光加热，提高材料塑性，以此提高材料去除率，避免技工过程中出现裂纹，降低切削力，减少刀具磨损，但会导致铝基软化，易产生积屑瘤，并会出现温度高铝基软化覆盖材料表面，影响加工效率。因此，亟需一种加工装置及方法，使得铝基碳化硅材料的铝基软化、切屑塑性增强并快速切除，减少颗粒破碎，降低切削力，减少刀具磨损，提高加工效率并节约加工成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供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，其首先是激光束对工件待加工部分进行加热，将铝基软化，停止发射激光，然后在超声振动下带动微刃铣刀进行铣削处理。在激光辅助超声振动基础上，应用一种阵列型疏密齿微刃铣刀，使得加工效率提高、表面完整性增强、刀具寿命提高、颤振减少、塑性切除等。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种针对铝基碳化硅复合材料的超声振动加工装置，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。

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。