[发明专利]一种超声辅助切削加工回弹量预测与表征方法

说明书

本发明公开了一种超声辅助切削加工回弹量预测与表征方法，首先结合最小未变形切削厚度与无限剪切应变原理计算加工过程中金属死区的位置，然后根据瞬时切削厚度的不同值，引入滑移线场理论与赫兹接触理论，并综合考虑有效前角以及有效剪切角对加工过程的影响，探究了最小未变形切削厚度、刀具参数、超声振动参数以及机床加工参数对超声辅助振动切削加工回弹预测与表征的影响。本发明综合运用了无限剪切应变理论、滑移线场理论以及赫兹接触理论，考虑了最小未变形切削厚度、超声振动参数、刀具参数以及机床加工参数的影响，建立了不同切削厚度下回弹量的分段预测模型。

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及在超声辅助加工过程中加工回弹量的预测与表征方法。

背景技术

超声椭圆振动车削技术在现有的加工方法中使用比较广泛，比如在加工难加工材料和精密加工中，这种切削技术不仅解决了传统加工难题，而且展现了许多特有的优势：切削力降低、加工精度提高、表面粗糙度等级提高等，所以被广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的加工中。

在加工过程中，在刀具钝圆部分前方存在一个三角形区域，在此区域内，材料流动速度近似为零，因此称其为“金属死区”。研究表明，该区域的位置仅和刀具参数有关，且在加工工程中相对于刀具位置固定。由于最小未变形切削厚度的存在，导致加工过程中存在未被去除的工件材料，经过刀具切削刃与后刀面的挤压作用，一部分材料在进给方向发生侧向流动，另一部分未发生流动的材料，受到强烈的挤压之后，在切深方向形成弹性回复。弹性回复对车削表面粗糙度的形成有重要影响。目前大多数学者关于弹性回复的计算多采用经验公式，从切削理论入手分析的较少，这样计算的回弹量忽略了加工过程中一些动态参数的影响，和实际值存在些许偏差。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种超声辅助切削加工回弹量预测与表征方法，首先结合最小未变形切削厚度与无限剪切应变原理计算加工过程中金属死区的位置，然后根据瞬时切削厚度的不同值，引入滑移线场理论与赫兹接触理论，并综合考虑有效前角以及有效剪切角对加工过程的影响，探究了最小未变形切削厚度、刀具参数、超声振动参数以及机床加工参数对超声辅助振动切削加工回弹预测与表征的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、确定加工工件材料以及刀具参数，获得工件的最小未变形切削厚度h_min，同时根据无限剪切应变理论以及正弦定理分别计算出金属死区稳定存在时的三个顶点P₁、P₂、P₃距刀具最低点P的高度h₁、h₂、h₃；所述刀具参数包括钝圆半径r_e、刀具前角γ₀、刀具后角α₀；

步骤二、输入超声振动参数以及加工参数，结合步骤一中输入的刀具参数计算出在超声振动辅助加工过程中的瞬时前角γ_eff、瞬时剪切角φ_eff以及瞬时切削厚度TOC_t；所述超声振动参数包括振动频率f、x向振幅a、y向振幅b；所述加工参数包括切削速度v_c、切削深度DOC；

步骤三、根据瞬时切削厚度TOC_t与最小未变形切削厚度h_min及金属死区稳定存在时的顶点P₁距刀具最低点P的高度h₁的大小关系，将加工过程划分为以下三个阶段：

阶段一：瞬时切削厚度TOC_t的值小于金属死区稳定存在时的顶点P₁距刀具最低点P的高度h₁，即TOC_th₁；