[发明专利]车床超声波金属表面加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种在车床上对金属工件表面进行超声波加工的工艺方法，属于超声波加工技术领域。

背景技术

对金属表面超声波加工能够获得低粗糙度值和高加工精度，并且具有效率高、成本低的特点。对金属表面的超声波加工是通过超声波刀具完成的，不同的超声波刀具可以加工不同形状的表面，超声波刀具可以直接安装在相应机床的主轴或刀架上，或者是安装在超声波加工装置上，在机床超声波加工装置的带动下完成对金属工件表面的超声波加工。

在车床上的超声波加工主要是针对金属工件上的内孔、外圆和端面进行的。目前已经出现了一些在车床上进行超声波加工的装置，如中国专利文献 CN101503755公开的《一种用于普通车床的数控超声波加工装置》，该装置包括底座、中间导轨、上拖板和旋转刀架，底座的底面带有燕尾槽，中间导轨通过纵向导轨安装在底座的上面，上拖板通过横向导轨安装在中间导轨上，上拖板内安装有中间轴，旋转刀架安装在中间轴上，旋转刀架与上拖板之间装有接线盘和电刷板，接线盘和电刷板之间连接有电刷，中间导轨和上拖板上均安装有丝杠进给机构，上拖板与旋转刀架之间设有刀架自动换刀机构，旋转刀架上安装有车刀、圆角变幅杆和外圆变幅杆，两个变幅杆上均安装有加工刀头，并且各与一个换能器连接。CN101502881公开了一种《数控车床用超声波金属表面加工装置》，包括与数控车床连接的中拖板，在中拖板一端设有第一刀架；在中拖板的另一端设有第二刀架；第二刀架与中拖板间设有滑动装置，滑动装置通过传动机构与第一电机连接；第二刀架还与第二电机连接，同时在第二刀架上设有外圆变幅杆装置和圆角变幅杆装置，两者上分别装有超声波刀具头；两变幅杆装置分别与第二刀架的供电装置电连接，该供电装置通过电缆线与外部电源连接。

但是，上述装置只是解决了可以在车床上对金属工件上的外圆面和端面超声波加工的问题，并没有给出如何加工的工艺过程以及最佳的工艺参数，操作者只是根据经验选择，并不能使超声波加工达到最佳效果。

中国专利文献CN101941082A公开了一种《大缸径液压缸杆类外表面的超声波加工方法》，包括顺序进行的以下工艺步骤：把超声波刀具总成装在普通机床的刀架上；将刀头安装在超声波刀具总成上，调整滚珠；调整好滚珠后，验证刀头是否起振；检验好超声波刀具总成后，把千分表装在表架上，然后将千分表向超声波刀具总成后盖压下0.1mm，并调整表盘到零位上，以便于读取滚珠与机件表面静压力的大小；加工零件。 CN101224532公开了一种《电站大型镜板镜面豪克能加工工艺》，包括以下步骤：(1)采用合适的刀具制作出符合图纸要求的基本尺寸及形位公差和表面粗糙度达2.3μm～2.8μm的镜板；(2)调整切削参数：豪克能刀具加工的线速度调整为39m/min，走刀速度调整为0.3mm/r；(3)使用豪克能（超声波）刀具对步骤(1)加工形成的镜板镜面实施加工。

上述超声波加工方法中提到的加工过程和工艺参数都是针对特定工件提出的，并不是在车床上进行超声波加工的普遍方法。

发明内容

本发明针对现有车床超声波加工技术存在的不足，提供一种能够使超声波加工达到最佳效果、操作安全的车床超声波金属表面加工工艺。

本发明的车床超声波金属表面加工工艺，包括以下步骤：

（1）把应用于车床的超声波刀具安装在车床的刀架上，或将应用于车床的超声波金属表面加工装置安装在车床的床身上；

（2）连接超声波刀具与外部超声波发生器之间的电缆线；

（3）将工件装夹在车床的主轴上，工件表面在进行超声波加工之前的加工要求根据材质按下表选择：

（4）启动车床，使工件随车床主轴一起旋转，操作车床进给机构使车床刀架上的超声波刀具与工件接触并对工件施加一定的压力，或操作应用于车床的超声波金属表面加工装置使其上的超声波刀具与工件接触并对工件施加一定的压力，该压力根据工件材质按下表选择：

（5）对工件表面进行超声波加工，超声波加工时工件转动的线速度和超声波刀具的进给速度根据材质按下表选择：

按上述工艺对金属工件表面进行超声波加工后，超声波加工后达到的表面粗糙度值为Ra0.2以下，耐磨性提高50%以上，疲劳寿命提高6倍以上，避免了传统（抛光）工艺使工件形位工差发生改变的影响，效率是传统抛光工艺的5倍以上，不产生环境污染，费用低。