[发明专利]一种基于扭转超声振动的单刃侧向铣削方法

说明书

本发明涉及一种基于扭转超声振动的单刃侧向铣削方法：超声单刃侧铣装置由机床主轴带动其旋转，工件装在机床工作台上实现进给，加工时始终保持刀头与加工面法向接触，刀头与工件接触点回转半径小于工件上该接触点的曲率半径，振动方向是单刃铣刀回转的切线方向，实现扭转超声振动下的单刃侧向铣削模式。方法新颖，结构独特，使得本发明工艺实用、可靠性高。使得超声单刃侧铣装置结构简化，尺寸减小，方便安装。本发明改善单刃铣切削冲击，适应窄深结构铣削，克服声振系统频率飘移，免去声振系统散热。并且能在普通工艺条件下解决高硬度高精度复杂侧凹曲面铣削难题和高硬度变螺距螺旋槽铣削难题，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于超声加工新技术领域，具体涉及一种基于扭转超声振动的单刃侧向铣削方法，是一种集超声加工和单刃铣削双重优点的单刃侧铣模式。

背景技术

由于零部件结构或是工艺上的要求等等原因，往往需要用到单刃侧向铣削方法，尤其是三轴连动铣削整体式零部件较深侧凹部位的时候。

与一般的铣削不同，单刃铣一般采用的是非标准刀具而不是标准铣刀或成形刀，具体到单刃侧向铣削时，通常是自制刀具，比如车刀(方刀杆)横向装在开有方孔的圆柱刀杆上(车刀垂直于圆柱刀杆，车刀刀头的刀尖必须与圆柱刀杆的轴线共面)，铣床主轴带动圆柱刀杆旋转，从而实现车刀刀头绕铣床主轴回转，若机床带动工件移动进给，就实现了单刃侧向铣削，主轴回转一转，刀头只切削一次，是断续冲击切削，可加工较深的侧凹结构。

单刃铣削由于工艺简单、也不一定需要成形刀，在立式三轴铣床上就可进行，投入少、易于实现，常常被人们所采用，特别是单刃铣遍要铣的部位，加工面上各点加工条件(切削力、刀具刚性等等)一致，没有刀刃之间的制造和调整误差，又没有刀刃之间的刀痕干涉，且单刃铣排屑比多刃铣要好的多，因而加工部位纹理流线更加流畅，表面质地均匀，表面质量更好，反而更易保证加工精度。在工艺条件有限而加工面要求高时，单刃铣削比多刃铣削更有优势。

特别要指出的是立式三轴侧向铣削螺旋槽是有加工原理误差的，因为铣刀回转方向是水平的，也就是说铣刀瞬时切削方向并不与螺旋面的切线方向一致，有加工原理误差，螺距大和刀具尺寸大时更为明显，单刃铣和多刃铣都存在这个误差，一般都是通过减小刀具轴向进给速度和提高铣刀转速来逼近。

由于同一时刻刀具只能有一个轴向进给速度，因而多刃铣无法加工变螺距不等深的螺旋槽，而单刃铣只需考虑一个切削刃的轴向进给速度，可以加工变螺距的螺旋槽。

可见，由于刀具结构不同、铣削特点不同、应用场合有差异，单刃铣削是一种单独存在的铣削模式(就象键槽刀因底刃过中而不同于普通立铣刀)，是一种简练而应用较广的工艺。

然而单刃铣削也有加工效率低、刀头冲击大，刀杆瞬时受力不平衡、刀杆机械振动大等缺点；又，因强度和刚度原因，横向刀杆和刀头的尺寸不能小，不能适应窄而深的沟槽铣削；而且，宽大的刀头铣削螺旋槽时加工原理误差也更大。

不仅如此，若是对那些高硬度难加工且较深的侧凹结构进行加工时，单刃铣削的缺点还将得到放大，尤其是刀头冲击磨损、刀杆瞬时受力不平衡、刀杆刚性差、刀杆机械振动大等缺点放大明显，从而降低加工质量，甚至使加工无法进行。

这一方面是因为高硬度难加工材料加工时瞬间切削力更大，刀头磨损严重；另一方面是因为铣侧凹结构时单刃侧铣往往需要装横向刀杆，刀杆刚性更差，机械振动更严重。这就降低了人们对单刃铣削工艺的探索和研究、改进和提高的热情，长期被人们忽视和遗忘。

但科研和生产中需要解决类似这种高硬度高精度侧凹结构工件铣削问题，比如在高硬度工件上铣削螺纹(有些还是变螺距的)、侧凹沟槽、侧凹轨道等(内曲线液压泵定子轨道就是一例，方向机上的变螺距不等深异形螺杆又是一例)。目前采用的磨或铣等方法(往往要投入多轴机床和成形刀)也都难于胜任。究其原因主要是材料硬度高(甚至无法加工)、工艺复杂、工装设备投入大等。因此迫切需要提出一种简练而行之有效的解决方案，