[发明专利]一种采用直刃尖刀的超声切削方法

说明书

本发明公开了一种采用直刃尖刀的超声切削方法，具有如下步骤：S1、测量所述直刃尖刀参数；S2、所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转，使所述直刃尖刀的后刀面贴合或远离已加工表面，并按加工轨迹对材料进行超声振动切削；S3、对超声振动切削后得到的已加工材料表面进行质量检测，若检测通过，则加工完成，若检测不通过，则执行步骤S4；S4、进一步加大所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转的旋转量，并按加工轨迹对材料进行超声振动切削，之后执行步骤S3。本发明可以有效减小直刃尖刀的后刀面对已加工表面的挤压，提高材料的表面加工质量。

技术领域

本发明涉及加工技术控制领域，具体地说是一种采用直刃尖刀的超声切削方法。

背景技术

超声直刃尖刀是一种在食品分切、复合材料(如碳纤或芳纶纤维)切削加工领域等行业中应用的特种加工刀具，刀体通常呈片状，且具有锋利的切削刃。该刀具在超声振动系统的驱动下，使刀具轴向在加工过程中产生20kHz到40kHz 范围内的高频振动，同时刀具沿指定路径进给，让直刃尖刀的刀刃切削材料。由于刀具有一定厚度，刀具在切削进入材料的同时，刀刃两侧面对材料进行侧向挤压。材料在刀刃的超声振动作用和刀侧面挤压作用下，完成切削作用。虽然超声频率的振动可以使刀具更容易地切入材料，降低刀具在进给方向的切削力，降低材料的让刀作用，提高加工精度。但是直刃尖刀本身具有一定的厚度，所以超声直刃尖刀不可避免地对切缝两侧的材料产生挤压作用。因为所加工的材料为柔塑性材料，这种挤压作用会在加工表面产生压溃形变对材料的粘接，表面力学性能等造成影响。比如应用超声直刃尖刀切削的蜂窝芯材，表面的压溃形貌直接影响着其使用性能。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种采用直刃尖刀的超声切削方法。本发明采用的技术手段如下：

一种采用直刃尖刀的超声切削方法，具有如下步骤：

S1、测量所述直刃尖刀参数；

S2、所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转，使所述直刃尖刀的后刀面贴合或远离已加工表面，从而降低所述直刃尖刀的后刀面对已加工表面的挤压作用，将大部分挤压力转移到切屑一侧，并按加工轨迹对材料进行超声振动切削；

S3、对超声振动切削后得到的已加工材料表面进行质量检测，若检测通过，则加工完成，若检测不通过，则执行步骤S4；

S4、进一步加大所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转的旋转量，并按加工轨迹对材料进行超声振动切削，之后执行步骤S3。

所述直刃尖刀参数包括半楔角ε，刀尖半角δ和刀具前倾角θ；

所述半楔角ε为在刀具工作平面内刀具前刀面与后刀面夹角的一半；

所述刀具前倾角θ为刀具轴线与进给方向垂直的平面所成的线面角；

所述刀尖半角δ为刀具中心面内，刀刃与刀轴的夹角；

刀具后角为在正交平面内，刀具后刀面与切削平面所成角。

所述步骤S2中，所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转前，计算所述直刃尖刀旋转的刀具偏角λ₀，计算过程如下：

在空间直角坐标系中，采用旋转矩阵的方法给出所述直刃尖刀等效后角，所述直刃尖刀等效后角是关于刀具前倾角θ，半楔角ε，刀尖半角δ和刀具偏角λ的函数，在刀具前倾角θ，半楔角ε和刀尖半角δ确定的情况下，利用数学软件MATLAB求解所述直刃尖刀等效后角为0°时的刀具偏角λ即为所述直刃尖刀旋转的刀具偏角λ₀，所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转量等于λ₀时，所述直刃尖刀的后刀面贴合已加工表面，所述直刃尖刀绕其刀轴初始旋转量大于λ₀时，所述直刃尖刀的后刀面远离已加工表面。

所述步骤S1中，通过光电传感器测量所述直刃尖刀参数。