[发明专利]一种超声振动辅助螺旋铣磨螺纹方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工及工具技术领域，更具体地，涉及一种超声辅助螺旋铣磨螺纹方法。

技术背景

以光学玻璃、碳化硅陶瓷、高体积分数颗粒增强金属基复合材料为代表的硬脆难加工材料由于优良的物理、化学及力学性能，被广泛应用于航空航天、光学元件、汽车、电子封装等领域。螺纹连接是一种应用十分广泛的零件连接方法，而对于硬脆难加工材料，由于材料本身的高脆性和高硬度，其螺纹加工十分困难。

目前螺纹零件加工的方法主要有丝锥攻丝和铣削加工。对于高硬度、高脆性的材料，传统的攻丝方法所使用的高速钢丝锥、硬质合金丝锥等，在加工过程中不仅存在丝锥磨损快、加工精度低等问题，而且因扭矩过大常使丝锥折断造成贵重零件报废。若采用手动攻丝，不仅生产效率低，而且浪费大量人力和资金。螺纹铣削加工，虽然对于一般金属材料，所加工的螺纹尺寸精度较高，但对于硬脆难加工材料，其刀具磨损十分严重，导致加工精度迅速降低。另外，也常采用预置件法、焊接法和粘接法等将加工好的螺纹金属件镶嵌在硬脆难加工材料上，但对于这些异种材料连接，其温度的适应性较差，工艺复杂，费用较高。对于陶瓷等硬脆材料，也采用螺纹成形磨削加工方法(如中国专利CN201210494730.2，一种硬脆材料小孔螺纹成形磨削方法)。该方法采用盘状成型砂轮；采取刀轴与孔轴中心平行、盘状成型砂轮的自转、盘状成型砂轮绕孔轴的公转和盘状成型砂轮轴向进给三种运动复合而成的螺旋磨削方式。该方法采取螺旋铣削方式加工成形，主轴转速在1000r/min～30000r/min，根据硬脆难加工材料的性质、螺纹大小及加工要求选择其他加工参数，如原理性误差值δ满足如下公式：

其中，δ为原理性误差值，δ₀为实际加工误差阈值，D为标准内螺纹公称直径，P为螺距。

理论上，盘状成型砂轮螺旋磨削螺纹孔时，只有当刀盘倾斜安装且倾斜角度等于螺纹角度时，加工不会产生干涉，即不会产生原理性误差。但是由于机床结构、工件结构和操作等方面的限制，尤其是加工小孔螺纹，刀具倾斜加工较难实现，因此生产实践中很少采用刀盘倾斜的加工方式。若采用刀轴与孔轴中心平行的方式加工，因盘形刀具在沿螺旋轨迹加工，砂轮与已加工螺纹表面必然存在干涉导致螺纹形状超差，即产生原理性误差。但该方法采用的盘状砂轮截型修整较为复杂，砂轮上磨粒磨损较为严重，对脆性很高的材料，加工后材料中易产生微裂纹，影响零件的使用寿命。

近年来，特种加工技术在硬脆难加工材料中得到了广泛的应用，如激光加工、电火花加工、高压磨料水射流加工、超声辅助振动加工等。其中超声辅助振动加工，不受材料热电特性限制，在加工过程中，切削力小，切削温度低。其独特的断续加工工艺，使得其对加工后材料的组织影响很小，这对于提高硬脆难加工材料零件的使用可靠性，具有极为重要的意义。但目前仍未被运用在硬脆难加工材料的螺纹加工领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决硬脆难加工材料丝锥磨损快、折断导致零件报废和加工效率低等问题，提供一种超声振动辅助螺旋铣磨螺纹方法，本发明主要用于硬脆难加工材料的螺纹加工，该加工方法可以有效降低加工过程中的切削力，提高螺纹加工质量和加工效率，改善刀具磨损。

本发明采用的技术方案是：

一种超声振动辅助螺旋铣磨螺纹方法，其特征在于，该方法采用仿形砂轮刀具，该刀具通过超声振动刀柄安装在超声加工机床主轴上；刀具轴线与被加工工件的螺纹孔轴线中心平行，该方法采取仿形砂轮刀具的自转、仿形砂轮刀具绕螺纹孔轴线的公转和仿形砂轮刀具轴向给进、以及仿形砂轮刀具随超声振动刀柄的轴向振动四种运动复合而成的螺旋铣削方式。

可选地，以所述螺旋铣削方式加工过程中，工件固定不动，刀具在自转的同时，以偏心距e沿螺纹孔轴线以螺旋轨迹公转；其中，偏心距e，螺距P、仿形砂轮刀具轴向进给速度V_f和公转速度ω，以及刀具中部刀杆的直径d分别满足公式(1)～(3)要求：

d＜D₁，且

式中，D为标准内螺纹公称直径，D_s为刀具头部仿形砂轮直径，D_S<D₁；D₁为标准内螺纹小径D₁。

可选地，该方法进行螺纹加工时，螺纹尺寸产生的原理性误差δ满足公式(4)要求：