[发明专利]一种等离子体氧化辅助磨削装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密加工领域，尤其是涉及一种应用等离子体氧化技术的磨削装置与方法。

背景技术

由于钛合金具有密度低、抗腐蚀性强等优点，因此广泛用于生产对精度要求较高的零件与结构，比如涡轮发动机叶片上的冷却孔、液压元件的阻尼孔、发动机喷油嘴针阀偶件等。尤其是航空发动机涡轮叶片上的冷却孔，由于其直径小、深径比大，因此加工难度极大。

钛合金的加工方法包括传统机械加工、电加工及其他特种加工方法。其中，机械加工包括车削、钻削、铣削、攻丝、磨削等。由于钛合金弹性模量小，钛合金钻孔时的轴向切削力非常大，因此毛刺现象严重，孔的加工质量难以满足人们的需求。为提高加工孔洞的内表面质量，常常需要在传统钻孔加工之后进行磨削精加工。工业中磨削加工钛合金时一般选用高强度、高硬度、高稳定性的砂轮，然而砂轮磨削会导致工件表面出现硬化现象；另一方面，由于钛合金的化学活性高，与刀具材料的亲合力极强，切屑极易粘结在刀具表面上，刀具与切屑摩擦会加速刀具的磨损。

此外，国内外还不断研究钛合金加工新技术，如钛合金电解加工，钛合金电解加工与其他加工方法相比较，可以达到较好的表面粗糙度，然而钛合金电解加工容易在钛表面形成钝化膜，从而制约深小孔的加工。

除钛合金电解加工之外，目前钛合金上的孔洞多由电火花加工技术进行加工，然而电火花加工技术应用于钛合金上时也存在缺陷：电火花加工过程中电极消耗剧烈，同时排屑困难，堵塞现象严重，从而严重损害其对材料的去除效率与误差的修正能力，并使控制工艺更加复杂。

基于上述，人们亟需一种既能提高材料去除效率，又能降低工具损耗的钛合金加工方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种等离子体氧化辅助磨削装置，以解决现有技术中材料去除效率低下、工具损耗高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种等离子体氧化辅助磨削装置，包括刀具、刀具驱动装置、等离子体电源与电解液供给装置，刀具驱动装置包括一可绕自身轴心主动旋转的驱动轴，驱动轴与刀具连接，等离子体电源用于向待加工的工件输入等离子体电流，电解液供给装置用于向工件的待加工表面供给电解液。

作为上述方案的进一步改进方式，刀具可沿驱动轴的轴向发生超声振动。

作为上述方案的进一步改进方式，刀具驱动装置为超声电主轴。

作为上述方案的进一步改进方式，刀具进行超声振动的频率≥20KHz，振幅为1～50μm。

作为上述方案的进一步改进方式，等离子体电源的一端电极与刀具导通，另一端电极可与工件导通。

作为上述方案的进一步改进方式，等离子体电源的一端电极通过电刷与驱动轴导电连接，驱动轴与刀具导电连接。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括数控加工中心，数控加工中心包括用于放置工件的工作台，以及用于驱动刀具驱动装置运动的驱动单元。

作为上述方案的进一步改进方式，工作台上还设置有用于承接工件的动力计。

本发明还提供了一种等离子体氧化辅助磨削方法，包括以下步骤，

S10向待加工的工件内输入等离子体电流，并向工件的待加工表面供给电解液，以在工件的待加工表面上形成氧化层；

S20去除工件表面已形成的氧化层；

S30重复步骤S10、S20，直至满足设定要求后停止。

作为上述方案的进一步改进方式，步骤S20中去除氧化层的方式为：利用一主动旋转的刀具磨削氧化层，且该刀具可沿自身转动轴心的方向发生超声振动。

本发明的有益效果是：

本发明可在工件表面生成低硬度的氧化层，因此可以实现氧化层的快速去除，相比于直接磨削钛合金而言，其材料去除速度得到了极大的提升；同时，氧化层的摩擦系数远低于钛合金，且与刀具材料的亲合力较弱，切屑不易粘结在刀具表面上，故可以有效地减少刀具的磨损，有助于延长刀具的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的立体示意图；

图2是本发明加工过程的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。