一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法，涉及机械加工技术领域，车削装置包括：超声辅助加工刀杆，其通过导杆座固定在刀座上；刀片同轴安装在超声辅助加工刀杆的一端端部；超声辅助加工刀杆的轴向设有安装空腔，其内安装有超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，高频输入线缆从超声辅助加工刀杆的另一端接入其内部；其方法为：将车削装置搭载在车床上，根据工件的车削位置需求，调整刀片和工件的相对位置；使刀片的刀尖在预设的振幅范围内振动；能够有效地降低复合材料在车削过程中的切削力和切削热，提高其加工精度，延长刀具的使用寿命，解决碳纤维增强陶瓷基复合材料加工中分层、撕裂、凹坑等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法
本专利技术涉及机械加工
，具体涉及一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法。
技术介绍
碳纤维增强陶瓷基复合材料具有比强度高、抗疲劳性能好、耐热性优良等优点，己广泛用于航空航天、汽车等领域，是应用最广泛的一种先进复合材料。然而由于这些材料“又硬又脆”以及复合材料的分层特点，使其加工效率低、加工损伤严重，例如在切削过程中极易出现崩边和撕裂等加工损伤问题，且加工刀具磨损严重，零件表面质量差，加工效率低，并很难用传统机械加工方法和加工工具进行加工，严重制约了这些材料的工程应用前景。超声加工技术就是在此背景下发展起来的，研究表明，它是加工上述难加工硬脆材料的经济有效的方法之一。超声振动辅助加工有切削力小、刀具磨损小、加工质量好等优点，尤其适用于加工硬脆性难加工材料，它能有效地降低切削力和切削热、提高加工精度、延长刀具使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法，能够有效地降低复合材料在车削过程中的切削力和切削热，提高其加工精度，延长刀具的使用寿命，由此解决碳纤维增强陶瓷基复合材料加工过程中易形成分层、撕裂、凹坑等缺陷的技术问题。本专利技术的技术方案为：一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，包括：刀片、导杆座、刀座和超声辅助加工刀杆；所述超声辅助加工刀杆通过导杆座固定在刀座上；刀片同轴安装在超声辅助加工刀杆的一端端部，且保证刀片的刀尖垂直工件的外表面或与端部端面；r>所述超声辅助加工刀杆的轴向设有安装空腔，其内安装有超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，高频输入线缆从超声辅助加工刀杆的另一端接入其内部，从而为超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆供电。优选地，所述刀片采用CBN材质。优选地，所述刀片的刀尖为三角形。优选地，所述超声辅助加工刀杆两端与导杆座之间分别通过前锁紧螺钉和后锁紧螺钉锁紧，使超声辅助加工刀杆的轴向与工件的轴向垂直或同轴，进而保证刀片的刀尖垂直工件的外表面或与端部端面。一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削方法，包括以下步骤：步骤一：将车削装置搭载在车床上，根据工件的车削位置需求，调整刀片和工件的相对位置；步骤二：根据车床主轴中心高度，调整刀片相对工件的外圆周面或端面之间的刀尖高度；步骤三：接通电源，利用超声发生器进行扫频，直至搜索到预设大小的谐振频率，调节超声发生器输出功率，使刀片的刀尖在预设的振幅范围内振动；步骤四：刀片的刀尖在步骤三中的振幅范围内以预设切削参数进行超声弯曲振动辅助车削。优选地，所述步骤一中，当工件需要进行外圆周面车削时，调整刀座，使超声辅助加工刀杆的轴向与工件的轴向垂直，从而刀片的刀尖与工件的外圆周面垂直；当工件需要进行端面车削时，调整刀座，使超声辅助加工刀杆与工件同轴，从而刀片的刀尖与工件的端面垂直。优选地，所述步骤三中超声换能器扫频的谐振频率大小为21KHz。优选地，所述步骤三中振幅范围为2-15μm。优选地，所述刀片的刀尖在振幅为10μm、振动方向为刀片的刀尖进给方向下振动。优选地，所述步骤四中，所述切削参数中的切削速度小于等于80m/min、进给速度小于等于0.2mm/r、背吃刀量小于等于0.3mm。有益效果：1、碳纤维增强陶瓷基复合材料属于典型的难加工脆性材料，将其在本专利技术中超声弯曲振动辅助车削装置上进行超声弯曲振动辅助车削加工，一方面，相比常规车削能够有效地提高碳纤维增强陶瓷基复合材料的加工表面质量，降低复合材料的加工变形，对整体减少复合材料的加工缺陷较为有利；另一方面，降低了刀片的刀尖与工件之间的摩擦力，减少了刀片的刀尖与工件的接触时间，能够在一定程度上降低切削力、切削热，并减少刀片的刀尖磨损，改善加工精度和质量。2、本专利技术中刀片的材质选择，能够有效适应陶瓷基复合材料硬度较高的特性，具有性价比高的优点。3、本专利技术中刀片的刀尖形状设计，能够保证刀片的刀尖超声振动更加稳定。4、由于采用了本专利技术中的超声弯曲振动辅助车削方法，一方面，改变了陶瓷基复合材料车削的材料去除机理，减少了复合材料的加工变形，对整体减少复合材料的加工缺陷较为有利；另一方面，降低了刀片与工件之间的摩擦力，减少了刀片与工件的接触时间，能够在一定程度上降低切削力、切削热，并减少刀片磨损，改善加工精度和质量。5、以传统的振动参数来使用超声振动加工技术不能有效的发挥其特性，本专利技术中提出的振动参数能使超声弯曲振动辅助车削加工发挥出较佳效果。6、本专利技术中刀片的刀尖在振幅为10μm、振动方向为刀片的刀尖进给方向下振动时，切削效果最佳，具有能耗较低、刀片的刀尖发热量较小且加工表面质量较好、并能够更好的减少车削过程中脆硬材料的崩碎等优点。7、以传统的切削参数来使用超声振动加工技术不能有效的发挥其特性，本专利技术中提出的切削参数能使超声弯曲振动辅助车削加工发挥出较佳效果。附图说明图1为本专利技术的超声弯曲振动辅助车削装置的结构示意图。图2为本专利技术的超声弯曲振动辅助车削方法的过程示意图。图3为本专利技术的超声弯曲振动辅助车削方法与常规车削方法对同一工件进行切削的主切削力的对比图。图4为本专利技术的超声弯曲振动辅助车削方法与常规车削方法对同一工件进行切削的刀尖点切削温度的对比图。其中，1-刀片，2-前锁紧螺钉，3-导杆座，4-刀座，5-后锁紧螺钉，6-高频输入线缆，7-超声辅助加工刀杆，8-工件。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置及方法，能够有效地降低复合材料在车削过程中的切削力和切削热，提高其加工精度，延长刀具的使用寿命，由此解决碳纤维增强陶瓷基复合材料加工过程中易形成分层、撕裂、凹坑等缺陷的技术问题。实施例1：如图1所示，该车削装置包括：刀片1、导杆座3、刀座4和超声辅助加工刀杆7；超声辅助加工刀杆7通过导杆座3固定在刀座4上，超声辅助加工刀杆7两端与导杆座3之间分别通过前锁紧螺钉2和后锁紧螺钉5锁紧，以保证超声辅助加工刀杆7的轴向与工件8的轴向垂直或同轴；刀片1同轴安装(可拆卸安装)在超声辅助加工刀杆7的一端端部，且刀片1的刀尖垂直工件8的外表面或端部端面；其中，由于陶瓷基复合材料硬度较高，因此要选用耐磨性较好的刀具才能对其进行加工，CBN(立方氮化硼)材质的刀片1性价比较高；另外，超声辅助加工刀杆7须使用刀尖为三角形的刀片1，从而保证刀片1的刀尖超声振动更加稳定；超声辅助加工刀杆7的轴向设有安装空腔，其内安装有超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，高频输入线缆6从超声辅助加工刀杆7的另一端接入其内部，从而为超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆供电，接通电源后，超声波发生器扫频产生高频电信号，并经过功率放大得到功率超声信号，将功率超声信号传输到超声换能器，超声换能器通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，其特征在于，包括：刀片(1)、导杆座(3)、刀座(4)和超声辅助加工刀杆(7)；所述超声辅助加工刀杆(7)通过导杆座(3)固定在刀座(4)上；刀片(1)同轴安装在超声辅助加工刀杆(7)的一端端部，且保证刀片(1)的刀尖垂直工件(8)的外表面或与端部端面；/n所述超声辅助加工刀杆(7)的轴向设有安装空腔，其内安装有超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，高频输入线缆(6)从超声辅助加工刀杆(7)的另一端接入其内部，从而为超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，其特征在于，包括：刀片(1)、导杆座(3)、刀座(4)和超声辅助加工刀杆(7)；所述超声辅助加工刀杆(7)通过导杆座(3)固定在刀座(4)上；刀片(1)同轴安装在超声辅助加工刀杆(7)的一端端部，且保证刀片(1)的刀尖垂直工件(8)的外表面或与端部端面；
所述超声辅助加工刀杆(7)的轴向设有安装空腔，其内安装有超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆，高频输入线缆(6)从超声辅助加工刀杆(7)的另一端接入其内部，从而为超声波发生器、超声换能器和超声变幅杆供电。


2.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，其特征在于，所述刀片(1)采用CBN材质。


3.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，其特征在于，所述刀片(1)的刀尖为三角形。


4.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削装置，其特征在于，所述超声辅助加工刀杆(7)两端与导杆座(3)之间分别通过前锁紧螺钉(2)和后锁紧螺钉(5)锁紧，使超声辅助加工刀杆(7)的轴向与工件(8)的轴向垂直或同轴，进而保证刀片(1)的刀尖垂直工件(8)的外表面或与端部端面。


5.一种陶瓷基复合材料的超声弯曲振动辅助车削方法，其特征在于，它使用如权利要求1所述的车削装置，包括以下步骤：
步骤一：将车削装置搭载在车床上，根据工件(8)的车削位置需求，调整刀片(1)和工件(8)的相对位置；
步骤二：根据车床主轴中心高度，调整刀片(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月萍，王永飞，麻丽红，罗远锋，孙晶，臧兴磊，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11