一种变频超声振动润滑微织构车削装置制造方法及图纸

本发明专利技术的变频超声振动润滑微织构车削装置，包括超声振动单元、控制单元、车刀组件、高度可调节的支架以及大拖板，所述车刀组件与支架安装在大拖板上，所述超声振动单元支撑于支架上，包括：润滑液供给件、超声波发生器、换能器以及喷头，所述超声波发生器通过换能器驱动喷头振动地将润滑液供给件中的润滑液通过喷头浇注至车刀组件的切削区；所述控制单元通过采集车刀组件的切削力信号并根据所述切削力信号控制换能器进行润滑液的浇注。有益效果：在加工过程中通过对超声振动频率、振幅调节和对车床切削液供给装置调节两种方式，多途径解决车刀微织构凹坑内部的加剧碎屑排出，为微织构内部提供连续的高压润滑液，提高微织构车削刀具加工效率。刀具加工效率。刀具加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种变频超声振动润滑微织构车削装置


[0001]本专利技术涉及超声加工
，尤其涉及一种变频超声振动润滑微织构车削装置。

技术介绍

[0002]切削加工过程中，刀具表面与工件之间存在着剧烈的摩擦接触，使得切削接触区存在温度高、刀具磨损快、切削力大以及工件表面质量低等问题。尤其是在高速切削、干切削以及切削难加工材料过程中，切削力更大、温度更高、切削环境极为恶劣，使得刀具寿命也随之降低。刀具表面微织构是指利用生物仿生学原理，在摩擦表面加工出一定尺寸、形状的微米级结构，从而提升刀具的切削性能以及摩擦学性能。在刀具发生摩擦的区域加工出一些微坑或微沟槽阵列结构，更有利于润滑介质的渗入、成膜，有助于提高润滑效果，起到减摩的作用，从而抑制工件材料粘刀现象，减缓刀具磨损，延长刀具耐用度。
[0003]现有研究成果证明，合理的微织构能够改善摩擦副界面间的摩擦状态，降低磨损，因此，微织构的减摩特性为改善刀具寿命、提高切削性能，带来了新的途径和方法。表面微织构具有减少刀－屑接触长度、存储润滑剂和捕捉磨屑等作用，微织构形貌从最初的凹坑、凹槽、凸包状，变为更复杂的正弦、椭圆、圆阵列和鱼鳞状等。不同形状的微织构对刀具表面的摩擦学性能的影响必然不同。因此，设计不同微织构的形貌，将明显提高刀具的使用寿命和摩擦学性能，并降低切削过程的切削力和切削温度，改善工件表面的加工质量。
[0004]由于金属切削刀具固有属性的限制，针对车削加工微织构刀具，其刀具表面微织构的加工方法常用的有电火花加工技术、磨削加工技术、光刻技术、激光加工技术。微织构形状有方形凸起、方形凹坑、圆形凹坑、椭圆形沟槽、波纹沟槽及直线沟槽等，且以坑状和沟槽状表面织构居多，表面织构的作用效果与其形态、尺寸等参数有很大关系，对于车刀前刀面凹坑状微织构和平行于主切削刃的沟槽状表面微织构，由于加工方法的限制，微织构形状容易造成切削碎屑的沉积，微织构凹坑周边形成刀刃型边缘对切屑排出形成二次切削，增加切削阻力，垂直于主切削刃的沟槽状表面微织构，由于切削液与切屑排出方向一致，且其狭长的沟状织构不容易存储润滑液，因此降低了刀－屑接触长度，增加刀具前刀面的摩擦系数，加剧刀具磨损。因此，寻找一种能克服上述微织构刀具车削加工问题的装置，对于提高微织构刀具车削加工性能有极大的指导意义。
[0005]刀具微织构形状加工：现有的车刀凹坑状圆形或方形微织构加工方法如图3所示，以激光加工为例，激光垂直于刀片前刀面（选择刀具前角为00），所加工的微织构凹坑为竖直形状，当切削加工时，切屑碎屑随切削液流经刀具前刀面时，切屑碎屑会沉淀在微织构凹坑内，不易随切削液排出，从而使得微织构储存润滑液空间变小，功能减弱，切屑与前刀面的微织构之间的刀
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屑摩擦增大；另一方面：切屑排出时，竖直微织构凹坑周边形成刀刃型边缘与切屑底部接触，形成二次切削，增加切削阻力；上述两方面都会加剧刀具磨损。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种变频超声振动润滑微织构车削装置，具体由以下技术方案实现：所述变频超声振动润滑微织构车削装置，包括超声振动单元、控制单元、车刀组件、高度可调节的支架以及大拖板，所述车刀组件与支架安装在大拖板上，所述超声振动单元支撑于支架上，包括：润滑液供给件、超声波发生器、换能器以及喷头，所述超声波发生器通过换能器驱动喷头振动地将润滑液供给件中的润滑液通过喷头浇注至车刀组件的切削区；所述控制单元通过采集车刀组件的切削力信号并根据所述切削力信号控制换能器进行润滑液的浇注。
[0007]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述车刀组件包括具有微织构的硬质合金刀头、安装所述硬质合金刀头的刀体以及安装所述刀体的刀架，所述刀架安装于大拖板并与控制单元通信连接，所述微织构位于硬质合金刀头切削区的前刀面上，为设定数目、排列有序的凹槽，所述凹槽的槽口为圆形，凹槽的竖直剖面为不完整椭圆形，不完整椭圆形所在椭圆的长轴与硬质合金刀头前刀面呈仰角B，且与硬质合金刀头主切削刃异面垂直。
[0008]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述不完整椭圆形的所在椭圆的长轴与刀头前刀面夹角B∈（30
°
,50
°
）。
[0009]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述不完整椭圆形所在椭圆的长半轴L2长度与短半轴L1的关系式为：L2=L1/cos（B－α），α为刀具前角。
[0010]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述超声振动单元还包括软管与变幅杆，所述润滑液供给件通过所述软管与换能器联通，换能器通过所述变幅杆与所述喷头联通并提高润滑液的振速比。
[0011]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述变幅杆为中空的单一或复合变幅杆。
[0012]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述控制单元包括第一控制器、第二控制器、中央处理器以及切削力传感器，所述切削力传感器固定于大拖板上并与所述刀架连接实时采集车刀刀具的切削力，形成切削力信号，所述中央处理器与切削力传感器通信连接，第一控制器、第二控制器分别与中央处理器通信连接，第一控制器与润滑液供给件通信连接以控制切削液的流量大小以及流速的快慢；第二控制器与超声波发生器通信连接，通过控制超声波发生器的振幅和频率以控制自喷头流出的润滑液携带的超声振动能量。
[0013]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述微织构由激光加工形成。
[0014]所述变频超声振动润滑微织构车削装置的进一步设计在于，所述喷头与车刀组件切削区微织构凹槽部分的前刀面保持3～5mm间距。
[0015]本专利技术的优点如下：本专利技术的变频超声振动润滑微织构车削装置在加工过程中通过对超声振动频率、振幅调节和对车床切削液供给装置调节两种方式，多途径解决车刀微织构凹坑内部的加剧碎屑排出，为微织构内部提供连续的高速、高频率振动的润滑液，提高微织构车刀加工效
率。
[0016]进一步的，本专利技术的变频超声振动润滑微织构车削装置的微织构车刀切削区微织构形状的剖面设计为近似于一个有一定倾斜角度的半个椭圆，其长轴轴线与硬质合金刀头前刀面呈一定仰角，且与刀具主切削刃异面垂直，有效避免现有传统微织构车削加工过程中，微织构凹坑内部的碎屑因微织构边缘直立形成堆积，加剧刀具前刀面磨损问题和切屑与微织构边缘二次切削问题。
附图说明
[0017]图1为变频超声振动润滑微织构车削装置的结构示意图。
[0018]图2为变频超声振动润滑微织构车削装置的模块示意图。
[0019]图3为现有的车刀凹坑状圆形或方形微织构加工方法示意图。
[0020]图4为本专利技术硬质合金刀头的微织构结构示意图。
[0021]图5为本专利技术硬质合金刀头上微织构的加工方法示意图。
[0022]图6为本专利技术车刀微织构水平凹槽示意图。
具体实施方式
[0023]以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变频超声振动润滑微织构车削装置，其特征在于包括超声振动单元、控制单元、车刀组件、高度可调节的支架以及大拖板，所述车刀组件与支架安装在大拖板上，所述超声振动单元支撑于支架上，包括：润滑液供给件、超声波发生器、换能器以及喷头，所述超声波发生器通过换能器驱动喷头振动地将润滑液供给件中的润滑液通过喷头浇注至车刀组件的切削区；所述控制单元通过采集车刀组件的切削力信号并根据所述切削力信号控制换能器进行润滑液的浇注。2.根据权利要求1所述的变频超声振动润滑微织构车削装置，其特征在于所述车刀组件包括具有微织构的硬质合金刀头、安装所述硬质合金刀头的刀体以及安装所述刀体的刀架，所述刀架安装于大拖板并与控制单元通信连接，所述微织构位于硬质合金刀头切削区的前刀面上，为设定数目、排列有序的凹槽，所述凹槽的槽口为圆形，凹槽的竖直剖面为不完整椭圆形，不完整椭圆形所在椭圆的长轴与硬质合金刀头前刀面呈仰角B，且与硬质合金刀头主切削刃异面垂直。3.根据权利要求2所述的变频超声振动润滑微织构车削装置，其特征在于所述不完整椭圆形的所在椭圆的长轴与车刀前刀面的夹角B∈（30
°
,50
°
）。4.根据权利要求2所述的变频超声振动润滑微织构车削装置，其特征在于所述不完整椭圆形所在椭圆的长半轴L2长度与短半轴L1的关系式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒厂，徐峰，许娟，孙冬，葛旺，王锦军，朱丽，王俊峰，郭燕，周时佳，王恺伯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：