[发明专利]一种高效精密加工变槽宽螺纹的方法

摘要

本发明提供了一种高效精密加工变槽宽螺纹的方法，其以变槽宽内螺纹的几何形状及刀具的几何形状为基础，建立了在超声振动辅助加工条件下大尺寸管道螺纹几何形状与刀具间的运动路径优化，并同时完成内螺纹的粗加工及精加工，不但可提高加工效率，而且可以有效降低加工刀具的成本。

主权项

1.一种高效精密加工变槽宽螺纹的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在原车削大尺寸油管螺纹的机床上增加超声振动辅助加工装置；步骤二、开展超声振动辅助加工条件下的切削力测试，利用实际加工中采用的梳齿刀，在切削深度分别为1mm，3m，5mm，7mm，9mm以及11mm，切削速度为10m/s，超声振动频率为40000HZ，振幅为15um，通过测力仪采集切削力，获得不同切削深度下，梳齿刀的在y，z方向的切削力，建立横坐标为切削深度，纵坐标为切削力的图，分别通过线性拟合获得y切削力系数k_fy，z方向的切削力系数k_fz；步骤三、通过模态测试测得机床在增加超声辅助加工装置后刀具的模态参数，y方向的力锤输入，在刀具的y，z方向布置加速度传感器，测得y方向的固有频率、阻尼系数、模态刚度以及模态质量，y方向的力在z方向的耦合固有频率、阻尼系数、模态刚度以及模态质量；z方向的力锤输入，在刀具的y方向的布置加速度传感器，测得y方向的固有频率、阻尼系数、模态刚度以及模态质量；步骤四、建立切削加工动力学方程，依据全离散法求解临界条件下的切削深度，绘制纵坐标为切削深度与横坐标大尺寸油管的转速的稳定区域图，依据此图选择在不同切削深度下的最高转速，并控制进给速度，确保在大尺寸油管旋转180°后，在其选定转速下的螺纹的导程均一致；步骤五、获得机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的相对位移误差及角度误差，具体包括如下步骤：定义机床误差，设x方向位移误差为ξ_x，y方向位移误差为ξ_y，z方向位移误差为ξ_z，机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的角度误差为ζ_yz；识别机床误差，理想相对位置P_t'‑P_w'的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx'_w‑t，Δy'_w‑t，Δz'_w‑t，θ′_yz；实际相对位置P_t‑P_w的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx_w‑t，Δy_w‑t，Δz_w‑t，θ_yz，则机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的相对位移误差及角度误差分别为：步骤六、处理变槽宽螺纹尺寸，获得螺纹的宽度与深度关系，在给定的变槽宽螺纹中，根据设计参数，获得变槽宽螺纹最小宽度b₁，最大宽度b₂，变槽宽螺纹的最小深度h₁，最大深度h₂；根据变槽宽螺纹的设计参数获得变槽宽螺纹长度l₀，则距离螺纹初始端的距离为x处螺纹的宽度b(x)及深度h(x)分别为：步骤七、获得加工变槽宽螺纹的刀具参数，采用加工螺纹的车刀最大宽度为变槽宽螺纹步骤六中确定的螺纹宽度与深度的关系，获得车刀宽度与刀刃深度的关系，刀具的切削刃圆弧半径为0.2mm；依据步骤四中确定的切削参数，一次完成变槽款螺纹深度的加工；步骤八、通过刀具的运动对改装及安装超声振动辅助装置和大尺寸油管后造成的机床误差进行补偿，其补偿的加工参数如下：θ_t＝θ₀‑θ+ζ_yz其中，a_p,f_y，θ₀分别为优化后选择后，机床未改装及装卡大尺寸油管的切削深度，进给速度，刀具在y‑z平面内的偏转角度；为在改装前后运动单位位移的时间差；ω、θ为最大切削力作用下测试油管在类似加工支撑条件下油管端面的扰度与转角。