本发明涉及机械加工
技术领域：
，具体是一种大型薄板铣削加工装置及方法。
背景技术：
：由于大型薄板刚性差，使大型薄板铣削加工中易产生变形和产生颤振，导致大型薄板的铣削加工精度低下、加工表面质量恶化。因此，大型薄板的铣削加工是机械加工
技术领域：
的一个难题。经对现有技术文献的检索发现，韩鹰飞等人在《武汉工程职业技术学院学报》2010年第9期上撰文“大型薄板件的铣削加工”，该方法是采用试切法消除共振以及合理降温和多次时效的方法,可以防止大型薄板件加工后的变形且产品质量稳定。但该方法没有考虑如何减小铣削力引起的薄板变形,而产生的加工误差。另外,它是通过放置垫铁提高工件的刚度,克服了共振现象的，没有考虑如何提高铣削过程动态刚度，抑制大型薄板铣削加工中产生的颤振。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种大型薄板铣削加工装置及方法，基于超声波椭圆振动铣削刀片，使大型薄板铣削加工时的铣削力大幅减小,减小铣削力引起的薄板变形。同时，提高铣削过程动态刚度，抑制大型薄板铣削加工中产生的颤振，提高大型薄板铣削加工系统的稳定性、大型薄板铣削精度和表面质量,实现大型薄板的精密铣削加工。本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种大型薄板铣削加工装置，包括盘铣刀柄、超声波椭圆振动铣刀片单元和外壳，外壳焊接在超声波椭圆振动铣刀片单元外法兰上，超声波椭圆振动铣刀片单元通过螺栓均匀地分布在盘铣刀柄的刀盘上，间隔45度一组，盘铣刀柄与铣床主轴孔相连。优选地，所述的超声波椭圆振动铣刀片单元包括有超声波椭圆振动换能器本体、压电陶瓷片、小刀柄和可转位铣刀片，压电陶瓷片通过树脂胶粘结在超声波椭圆振动换能器本体上，小刀柄通过螺纹与超声波椭圆振动换能器本体相连,可转位铣刀片通过螺钉固定在小刀柄上。本发明实施例还提供了一种大型薄板铣削加工方法，包括如下步骤：S1、在4片压电陶瓷片上同时加正弦波电压150伏,并使得超声波椭圆振动换能器体在相互垂直的两个方向上发生伸缩,在其输出端产生微小的两维超声波椭圆振动，长轴和短轴达2-3μm；S2、将小刀柄设计成圆柱状,使超声波椭圆振动换能器本体产生的两维椭圆振动进一步增大,长轴和短轴达10-12μm；S3、将可转位铣刀片固定在小刀柄的端部,并使得超声椭圆振动在可转位铣刀片刀刃处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在圆周方向上使可转位铣刀片切削主刃的超声椭圆振动轨迹方向与工件相对转动速度方向相反，保证可转位铣刀片切削主刃在切削状态；S4、通过调节施加在两组压电陶瓷片上正弦波电压，在可转位铣刀片刀刃上得到：长轴:10μm,短轴:5μm,夹角:90°,谐振频率:22.5kHz左右的超声椭圆振动轨迹；同时通过随盘铣刀柄1带动可转位铣刀进行旋转运动和进给运动，实现大型薄板超声椭圆振动铣削加工。与现有技术相比，本发明具有两个明显特征：(1)分离特性，即铣刀前刀面与切屑和工件分离特性；(2)摩擦力方向具有反转特性，即铣刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向具有反转特性；这导致铣削力大幅度地减小，能大幅地减小大型薄板由于铣削力引起的变形、有效地抑制大型薄板铣刀加工过程中颤振的产生、提高大型薄板铣削加工的稳定性和提高大型薄板铣削加工精度和表面质量。附图说明图1为本发明实施例中铣刀盘装置的结构示意图。图2为本发明实施例中超声波椭圆振动铣刀片单元的结构示意图。图3为本发明实施例中盘铣刀柄的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种大型薄板铣削加工装置，包括盘铣刀柄1、超声波椭圆振动铣刀片单元2和外壳3，外壳3焊接在超声波椭圆振动铣刀片单元2外法兰上，超声波椭圆振动铣刀片单元2通过螺栓均匀地分布在盘铣刀柄1的刀盘上，间隔45度一组，盘铣刀柄1与铣床主轴孔相连。如图2所示，所述的超声波椭圆振动铣刀片单元包括有超声波椭圆振动换能器本体5、压电陶瓷片6、小刀柄7和可转位铣刀片8，压电陶瓷片6通过树脂胶粘结在超声波椭圆振动换能器本体5上，小刀柄7通过螺纹与超声波椭圆振动换能器本体5相连,小刀柄7设计设计成圆柱状,使超声波椭圆振动换能器本体5产生的两维椭圆振动,进一步增大，可转位铣刀片8通过螺钉9固定在小刀柄7上。本发明实施例还提供了一种大型薄板铣削加工方法，包括如下步骤：S1、在4片压电陶瓷片6上同时加正弦波电压150伏,并使得超声波椭圆振动换能器本体5在相互垂直的两个方向上发生伸缩,在其输出端产生微小的两维超声波椭圆振动，长轴和短轴达2-3μm；S2、将小刀柄7设计成圆柱状,使超声波椭圆振动换能器本体5产生的两维椭圆振动进一步增大,长轴和短轴达10-12μm；S3、将可转位铣刀片8固定在小刀柄7的端部,并使得超声椭圆振动在可转位铣刀片刀刃处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在圆周方向上使可转位铣刀片切削主刃的超声椭圆振动轨迹方向与工件相对转动速度方向相反，保证可转位铣刀片切削主刃在切削状态；S4、通过调节施加在两组压电陶瓷片6上正弦波电压，在可转位铣刀片刀刃上得到：长轴:10μm,短轴:5μm,夹角:90°,谐振频率:22.5kHz左右的超声椭圆振动轨迹；同时通过随盘铣刀柄1带动可转位铣刀8进行旋转运动和进给运动，实现大型薄板超声椭圆振动铣削加工。本具体实施基于超声波椭圆振动设计的铣刀盘装置进行大型薄板铣削加工时，铣刀刀刃在铣削加工圆周水平面上产生超声波椭圆振动，当圆周切向上的椭圆振动最大速度大于铣刀刀刃切向方向的旋转切削速度时,铣刀前刀面与切屑和工件之间发生分离,通常要把加工条件设定满足这一条件。在每一个高频切削加工周期刚开始后，超声波椭圆振动铣刀刀刃在径向上的振动速度小于切屑流出速度,铣刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向与切屑流出方向相反，阻碍切屑流出；这之后，超声波椭圆振动铣刀在径向上的振动速度逐渐增大,当该方向的振动速度大于切屑流出速度时,铣刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转，与普通飞刀加工蜗轮不同，这时摩擦力的方向与切屑流出方向相同，促进切屑流出，使平均铣削力大幅度地减小。超声波椭圆振动铣刀前刀面与切屑和工件之间发生分离特性和铣刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转特性，能使大型薄板铣削时的铣削力大幅减小，能显著地减小大型薄板由铣削力引起的变形,能有效地抑制大型薄板铣削加工过程中颤振的产生，提高大型薄板铣削加工精度和表面质量。高频正负脉冲函数表征分离超声波椭圆振动铣刀加工大型薄板的过程可用下式表示：h(t)=1(tb+nT)≤t<(ti+nT)-1(ti+nT)≤t<(te+nT)0(te+nT)≤t<(tb+(n+1)T)---(1)]]>式中：tb—在一个高频振动周期内铣刀加工开始时刻ti—在每一高频振动周期中铣刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转开始时刻te——在一个高频振动周期内加工终了时刻T——超声波椭圆振动周期n＝0,1,2……该高频正负脉冲函数程表征了超声波椭圆振动铣刀加工大型薄板过程中的分离特性和摩擦方向反转特性，对大幅减小大型薄板的变形、有效地抑制大型薄板铣削加工过程中颤振的产生、提高大型薄板铣削加工系统的稳定性和提高大型薄板的加工精度和表面质量有重要的影响。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页1 2 3