一种脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的制作方法

本实用新型属于金属表面加工技术领域，涉及复杂零件的表面加工技术，具体包括一种脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置。

背景技术：

随着航空航天、军工等领域对材料性能的要求越来越高，各种具有优越性能的新材料越来越多。然而，由于材料性能的提高导致其具有极其恶劣的切削加工性能。为了能够提高刀具寿命、改善工件的表面质量，液氮冷却、激光加热、超声振动、脉冲电流等各种辅助切削方法不断出现。其中超声振动切削将连续切削转变为断续切削，能够有效降低切削力和切削温度，提高刀具寿命；脉冲电流辅助切削有效利用金属材料的电致塑性效应，提高工件塑性，降低工件表面硬度，降低刀具磨损率。然而，单一的工艺方法对钛合金、镍基合金等难加工材料切削加工性能的改善程度有限。

技术实现要素：

为了进一步地提高工件材料的切削加工性能，本实用新型专利提供了一种脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置和方法，脉冲电源产生脉冲电流，利用脉冲电流的电致塑性效应；径向超声振动切削装置使刀具产生超声振动，在任意一个振动切削的完整周期之中，因为超声振动的作用，在加工过程中实际上刀具切削的有效时间非常短，让刀具和工件切屑在部分时间上实现分离，刀具与工件切屑并非连续接触，切削热量因此会大大减少。两者工艺方法的复合，能够进一步地降低切削力和切削温度，提高工件表面完整性，改善工件的切削加工性能。

本实用新型公开了一种脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置，所采用的技术方案是：

由超声振动切削装置和脉冲电源装置组成；其中超声振动切削装置由夹心式压电换能器、超声波发生器、超声波变幅杆、切削刀具组成；所述超声波发生器与所述夹心式压电换能器连接，为所述夹心式压电换能器提供超声频电信号；所述夹心式压电换能器与所述超声波变幅杆连接，所述夹心式压电换能器与所述切削刀具连接；所述夹心式压电换能器将所接受的超声频电信号转换为超声机械振动，经所述超声波变幅杆放大后，输出具有一定幅值的超声机械振动传递到切削刀具上，实现了切削刀具在切削的过程中与工件的高速振动；所述脉冲电源装置与所述工件连接，给所述工件提供脉冲电流。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述切削刀具与所述超声波变幅杆为嵌入式连接，通过螺栓辅助加固。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述夹心式压电换能器与超声波变幅杆通过六角圆柱头螺钉固定在一支撑架上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述脉冲电源装置由示波器和脉冲电源组成；所述脉冲电源与所述工件连接，为工件提供脉冲电流，所述示波器监控工件中的电流和电压。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述脉冲电源的正极通过电刷与工件连接，所述脉冲电源的负极通过弹力导电支架与所述工件连接，形成闭合回路。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述工件的一端夹持在车床的卡盘上，所述卡盘带动工件旋转。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述工件的另一端被一车床的顶针顶住。

在本实用新型的一个优选实施例中，为了安全考虑，其中所述切削刀具与所述超声波变幅杆之间、所述卡盘与所述工件之间、所述顶针与车床之间、所述弹力导电支架与车床之间垫入绝缘件。

与现有技术相比，本实用新型的明显优势在于：

1、与单一的特种加工方法相比，切削力更小、切削温度更低，刀具寿命进一步提高，表面质量更高；

2、能够在相对较低的工件加热温度(≤100℃)下，大幅度地提高工件材料的切削加工性能，同时可以避免工件表面的高温氧化现象，减弱刀具的粘结磨损。

本实用新型是利用脉冲电流对金属材料产生电致塑性效应，提高工件的塑性，降低工件表面的强度；利用径向超声振动产生断续切削，刀具与工件之间实现非连续接触，从而达到降低切削力和切削温度，改善刀具磨损，提高工件表面完整性的目的。

附图说明

图1是本实用新型脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的结构示意图。

图2是本实用新型脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的夹心式压电换能器的示意图。

图3为脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的夹心式压电换能器的剖视图。

图4是本实用新型脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的超声波变幅杆的结构示意图。

图5为图4的左视图。

图6为图4的俯视图。

图7是本实用新型脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的弹力导电支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参见图1，图中所示的一种脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置，由超声振动切削装置和脉冲电源装置组成。

超声振动切削装置由夹心式压电换能器9、超声波发生器7、超声波变幅杆10、支承架6、切削刀具5组成。

切削刀具5与超声波变幅杆10嵌入式连接，其切削刀具5的刀轴嵌入到超声波变幅杆10上(参见图4至图6)并通过螺栓辅助加固。

夹心式压电换能器9(参见图2和图3)与超声波变幅杆10通过六角圆柱头螺钉8及形位固定在一支撑架6上

超声波发生器7与夹心式压电换能器9连接，为夹心式压电换能器9提供超声频电信号；夹心式压电换能器9将所接受的超声频电信号转换为超声机械振动，经超声波变幅杆10放大后，输出具有一定幅值的超声机械振动传递到切削刀具5上，实现了切削刀具在切削的过程中与工件4的高速振动。

脉冲电源装置由示波器1和脉冲电源13组成。脉冲电源13的正极通过电刷2与工件4连接，脉冲电源13的负极通过弹力导电支架12(参见图7)与工件4连接，形成闭合回路。脉冲电源13为工件4提供脉冲电流，示波器1监控工件4中的电流和电压。

工件4的一端夹持在车床的卡盘3上，卡盘3带动工件4旋转，工件4的另一端被一车床的顶针11顶住。

本实用新型因为通有电流，具有一定的危险性，需要对一部分装置进行绝缘处理，其中切削刀具5与超声波变幅杆10之间、卡盘3与工件4之间、顶针13与车床之间、弹力导电支架12与车床之间垫入绝缘件，以确保电流只在工件4与脉冲电源13间循环。

本实用新型的脉冲电流与超声复合辅助切削加工装置的方法按以下工序进行，

工序一、将工件4安装到车床的卡盘3上，工件4靠近卡盘3处与脉冲电源13的正极通过电刷2连接，靠近顶针11处通过弹力导电支架12与脉冲电流13负极相连；

工序二、将切削刀具5联接超声振动辅助切削装置并固定在车床的刀架上；

工序三、开启车床，调整工作参数。

工序四、打开超声波发生器7，开始切削工件。

工序五、待到切削刀具5与工件4开始接触时，打开脉冲电源13，调节脉冲电源13的脉冲电流的频率与大小，使工件4表面产生脉冲电流。即可对工件4进行切削。

本实用新型的工艺参数为：切削速度40～70m/min，进给量0.05～0.20mm/r，背吃刀量0.5～2.0mm，脉冲电源频率500～700hz，输出电流30～60a，充电电压30～60v，换能器输出的超声振幅为5～20μm，超声波振动频率为20～40khz。