CN108788182A - 一种摇动切削方法及应用该摇动切削方法的走心车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摇动切削方法及应用该摇动切削方法的走心车床，属于加工方法领域，解决了切削时产生缠绕的切屑，其技术方案要点是切削时刀具相对于工件振动，振动方向与进给方向平行，本发明技术方案合理，切削时刀具相对于工件振动，达到了切断切屑的目的。

Description

一种摇动切削方法及应用该摇动切削方法的走心车床

技术领域

本发明涉及一种加工方法，更具体地说，它涉及一种摇动切削方法及应用该摇动切削方法的走心车床。

背景技术

切削是用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑,使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。但是受到材料性能(铝的韧性等)的影响，正常加工无法去除缠绕的切屑，会造成工件表面划伤，刀具寿命变短，连续加工困难等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种摇动切削方法，切削时刀具相对于工件振动，达到了切断切屑的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种摇动切削方法，切削时刀具相对于工件振动，振动方向与进给方向平行。

通过采用上述技术方案，切削时，刀具在进给的同时振动，在振动轨迹的波峰时刀具切削工件，在振动轨迹的波谷时，刀具远离切削面，从而使刀具有非切削的时间，不对工件进行切削，进而使切屑断裂，达到了周期性切断切屑的目的，切削时不会产生缠绕的切屑。

本发明进一步设置为：径向进给车削工件时刀具振动。

径向进给车削工件时，工件径向振动会使工件远离夹具的一端摆动，从而影响切削效果，通过采用上述技术方案，径向进给车削工件时，工件不需要径向振动，从而避免了工件远离夹具的一端摆动，进而使切削效果更佳，提高工件品质。

本发明进一步设置为：振动为正弦振动。

通过采用上述技术方案，正弦振动的振动轨迹平缓，并且控制方便，使切削面呈波浪形，从而当刀具渡过非切削的时间，重新与工件接触，对工件切削时，刀具与工件的接触更加平缓，减少刀具与工件接触时的冲击，保护了刀具，延长刀具的使用寿命。

本发明进一步设置为：工件与刀具每相对转动一圈，振动完成的振动循环次数为1的非整数倍。

通过采用上述技术方案，防止后一圈切削面上的振动轨迹的波峰与前一圈切削面上的振动轨迹的波峰相对应，防止两个振动轨迹的波峰相对应，从而防止切屑成波浪形的长削的。

本发明进一步设置为：工件与刀具每相对转动一圈，振动完成的振动循环次数为0.5+n，其中n为自然数。

通过采用上述技术方案，后一圈切削面上的振动轨迹，与前一圈切削面上的振动轨迹相位差为π，从而使后一圈切削面上的振动轨迹的波峰与后一圈切削面上的振动轨迹的波谷相对应，从而每个振动周期上均产生一个被切断的切屑，进一步防止波浪形的长削的产生，并且被切断的切屑等长，切削效果更佳，也便于切屑的收集和处理。

本发明进一步设置为：振动的双振幅等于或大于进给量。

通过采用上述技术方案，后一圈切削面上的振动轨迹的波峰与后一圈切削面上的振动轨迹的波谷相对应点相切或者相交，从而确保了切屑被斩断，进一步防止长削的产生。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，切削时，刀具在进给的同时振动，具有断屑的效果，从而长时间连续加工不会出现缠屑的现象，不需要使用特制断屑刀也可以达到断屑的作用，降低刀具的要求，节省了切削成本；

其二，防止缠屑划伤工件和刀具，提高工件的品质，也保护刀具，提高刀具的寿命，并且不用耗费时间处理缠屑，提高加工效率；

其三，对空间要求低，不需要在机床上外加装额外的设备，节约机床内部空间；

其四，采用正弦振动，使切削面更加平滑，控制更加方便。

附图说明

图1为本实施例的示意图；

图2为本实施例用于展示振动轨迹的坐标图；

图3为本实施例用于展示非切削区的坐标图。

附图标记：1、刀具；2、工件；21、切削面；3、曲线A；4、曲线B；5、直线A；6、直线B；7、非切削区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种摇动切削方法及应用该摇动切削方法的走心车床，包括如下步骤，

步骤S1，装夹，将工件2安装于津上CNC精密走心机B0206-Ⅲ上，走心机包括机架、主轴箱和刀架，主轴箱滑动连接于机架上，机架转动连接有第一丝杠，主轴箱螺纹连接于第一丝杠，机架固定连接有驱动第一丝杆转动的第一伺服电机，通过控制第一伺服电机的转动速度和转动方向从而控制主轴箱的移动方向和移动速度。刀架滑动连接于机架，机架转动连接有第二丝杠，刀架与第二丝杠螺纹连接，机架固定连接有驱动第二丝杆转动的第二伺服电机，通过控制第二伺服电机的转动速度和转动方向从而控制主轴箱的移动方向和移动速度。主轴箱内包括箱体、主轴和驱动电机，箱体滑动连接于机架上，主轴转动连接于机架上，主轴一端固定连接有夹具，驱动电机固定连接于箱体上，驱动电机驱动主轴转动。工件2通过夹具与主轴呈同轴固定连接。

步骤S2：启动主轴，启动驱动电机，使驱动电机带动主轴转动，主轴带动夹具转动，夹具带动工件2转动。

步骤S3：对刀，控制第一伺服电机和第二伺服电机，使对刀架上刀具1的刀点与刀位点重合，从而确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上。

步骤S4：设置背吃刀量，刀具1相对于主轴轴向进给时，控制第二伺服电机控制刀架相对于主轴的径向移动；当刀具1相对于主轴径向进给时，控制第一伺服电机控制主轴箱相对于主轴的轴向移动，以刀位点为基点设置背吃刀量。

步骤S5：切削，刀具1切削工件2时，使刀具1与工件2产生相对振动，该振动方向与刀具1的进给方向平行，该振动为正弦振动。刀具1相对于工件2正弦振动从而产生正弦轨迹。刀具1相对于主轴轴向进给时，启动第一伺服电机使其正向转动，使其驱动第一丝杆转动，第一丝杠转动时使主轴箱轴向移动，从而使工件轴向移动。为了切削使工件与刀具 1相对振动，使第一伺服电机反复的正转和反转，正转的时间大于反转。刀具1相对于主轴径向进给时，启动第二伺服电机使其正向转动，使其驱动第二丝杆转动，第二丝杠转动时使刀架相对于主轴径向移动，从而使刀架相对于主轴径向移动。

如图1所示，当刀具1相对于工件2振动过程中向正弦轨迹的波峰运动时，刀具1 相对于工件2的运动方向与刀具1的进给方向相同；当刀具1相对于工件2振动过程中向正弦轨迹的波谷运动时，刀具1相对于工件2的运动方向与刀具1的进给方向相反。刀具1相对于工件2的运动方向与刀具1的进给方向相反时，刀具1与工件2分离，从而不再切削工件2，进而使切屑断裂；正弦振动的振动轨迹平缓，并且控制方便，使切削面21呈波浪形，从而当刀具1渡过非切削的时间，重新与工件2接触而切削工件2时，刀具1与工件2的接触更加平缓，减少刀具1与工件2接触时的冲击，保护了刀具1，延长刀具1的使用寿命。

正弦振动的频率随着工件2转速的增加而增加，正弦振动的双振幅等于进给量。工件2每转动一圈，刀具1会在工件2的切削面21上产生一个振动轨迹，工件2每转动一圈，正弦振动完成0.5+n个振动循环，其中n为自然数，从而使后一圈切削面21上的振动轨迹与前一圈切削面21上的振动轨迹相位差为π，从而使前一振动轨迹的波峰与后一振动轨迹的波谷相切，从而使该点的切屑厚底为0，从而使切屑在该点处被切断，从而每个振动周期上均产生一个被切断的切屑，防止长削的产生，并且被切断的切屑等长，切削效果更佳，也便于切屑的收集和处理。

如图2所示，横坐标为工件2的角度，纵坐标为刀具1的进给量，曲线A3为前一圈切削面21上的振动轨迹，曲线B4为后一圈切削面21上的振动轨迹，直线A5为没有施加振动时前一圈切削面21上刀具1的切削轨迹，直线B6为没有施加振动时后一圈切削面21 上刀具1的切削轨迹，直线A5与直线B6上横坐标相同的点之间的纵坐标的差值为刀具1 的进给量，正弦振动的双振幅量与进给量相同。工件2每转动一圈，正弦振动完成1.5个振动循环，从而使曲线B4的波谷与曲线A3的波峰相切，从而使切屑在该点处被切断，防止长削的产生。

如图3所示，切削时因为机床的振动或者因工件2本身材质的韧性，前一振动轨迹的波峰与后一振动轨迹的波谷相切点的切屑厚底不为0从而没有切断切屑，为将确保将长屑切断可以增大双振幅，使双振幅大于进给量，从而使振动轨迹的波峰与振动轨迹的波谷相交形成一个非切削区7，从而确保了切屑被斩断，进一步防止长削的产生。

为了使刀具1与工件2相对振动，可以使工件2振动，也可以使刀具1振动。径向进给车削工件2时，工件2径向振动会使工件2远离夹具的一端摆动，从而影响切削效果，为此径向进给车削工件2时使刀具1振动。工件2不需要径向振动，从而避免了工件2远离夹具的一端摆动，进而使切削效果更佳，提高工件2品质。

为进一步增加断屑效果，机架安装有高压喷油装置，高压喷油装置包括喷嘴、油泵和切削液箱，油泵将切削液箱内的切削液加压后输送至喷嘴处，喷嘴将切削液喷至工件上，将没有切断的切屑切断。

步骤S6：退刀，当刀具1相对于主轴径向进给时，第一伺服电机反向转动，使工件远离刀具1；当刀具1相对于主轴轴向进给时，第二伺服电机反向转动，使刀具1远离工件。

表1实施例1和实施例2各项切削设定值

参数编号	1	2
			振动频率	0.5	1.5
进给量(mm/rev)	0.05	0.05
			双振幅系数	2300	3600
主轴转速(rev/min)	2000	2000
			背吃刀量(mm)	2	2

实施例1：一种振动切削方法，步骤S5切削时刀具1与工件相对的振动频率为0.5，振动的双振幅值为2300。

实施例2：一种振动切削方法，与实施例2不同之处为振动频率为1.5，振动的双振幅值为3600。

表2对比例1各项切削设定值

对比例1：一种切削方法，与实施例1不同之处在于步骤S5切削时刀具1与工件相对移动。

试验一：实施例1与对比例1对比

表1中和表2中振动频率均指工件2每转动一圈，振动完成振动循环的个数；表1中和表2中的双振幅系数为双振幅除以进给量然后乘以1000后的数值。按照表1实施例1和表2中设定切削参数，然后对A6061铝材进行切削，然后观察切屑的长度。对比例1中的切屑为一根连续不断的长屑，实施例1中的切屑为多根，每个切屑的长度明显比对比例1中的切屑短。采用在采用摇动切削方法的断屑效果优于切削中没有加入振动的方法，有效的减少缠屑现象的出现。

试验二：实施例1与实施例2对比

按照表1实施例1和实施例2中设定切削参数，然后对A6061铝材进行切削，然后观察切屑的长度，因实施例1与实施例2中双振幅系数均大于1000，从而实施例1与实施例2刀具1与工件的相对振动的双振幅均大于进给量，从而实施例1与实施例2中双振幅系数的对试验结果影响较小。实施例1和实施例2中的切屑均为多根，但实施例2中的切屑长度比和实施例1中的切屑长度短，当振动频率增加时，切屑长度越短，从而更加有效的减少缠屑现象的出现。

具体使用方式：当主轴组件轴向移动时，刀具1静止，此时刀具1相对于主轴轴向移动，从而实现了刀具1轴向进给；当主轴组件轴向静止，刀具1相对于主轴径向移动，此时刀具1相对于主轴径向移动，从而实现了刀具1径向进给。将工件2同轴固定连接于主轴，刀具1轴向进给时，主轴组件轴向往复滑动从而带动工件2轴向正弦振动，使刀具1与工件 2相对振动，从而达到了断屑的效果。刀具1径向进给时，刀具1径向进给的同时刀架组件带动刀具1振动从而使刀具1与工件2相对振动，从而达到了断屑的效果。

切削时使刀具1或工件2振动，具有断屑的效果，从而长时间连续加工不会出现缠屑的现象，不需要使用特制断屑刀也可以达到断屑的作用，降低刀具1的要求，节省了切削成本；对空间要求低，不需要在机床上外加装额外的设备，节约机床内部空间。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种摇动切削方法，包括以下步骤：步骤S1：装夹，用夹具将工件固定；步骤S2：启动主轴，使主轴转动并且带动刀具或者工件转动；步骤S3：对刀，使对刀点与刀位点重合；步骤S4：设置背吃刀量，以刀位点为基点设置背吃刀量，使刀具相对于工件移动；步骤S5：切削，刀具相对于工件移动，使刀具切削工件；步骤S6：退刀，刀具向远离工件方向移动；其特征是：在步骤S5中，切削时刀具（1）相对于工件（2）振动，振动方向与进给方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种摇动切削方法，其特征是：径向进给车削工件（2）时刀具（1）振动。

3.根据权利要求1所述的一种摇动切削方法，其特征是：振动为正弦振动。

4.根据权利要求3所述的一种摇动切削方法，其特征是：工件（2）与刀具（1）每相对转动一圈，振动完成的振动循环次数为1的非整数倍。

5.根据权利要求4所述的一种摇动切削方法，其特征是：工件（2）与刀具（1）每相对转动一圈，振动完成的振动循环次数为0.5+n，其中n为自然数。

6.根据权利要求1所述的一种摇动切削方法，其特征是：振动的双振幅等于或大于进给量。

7.根据权利要求1所述的一种摇动切削方法，其特征是：在步骤S5中，使用高压喷油装置将切削液增压喷射于工件。

8.一种应用权利要求1所示摇动切削方法的走心车床，包括机架，其特征是：所述机架上滑动连接有主轴箱，所述机架转动连接有第一丝杠，所述主轴箱螺纹连接于第一丝杠，所述机架设有驱动第一丝杆转动的伺服电机，所述机架滑动连接有刀架，所述机架转动连接有第二丝杠，所述刀架螺纹连接于第二丝杠，所述机架设有驱动第二丝杆转动的伺服电机。

9.根据权利要求8所述的一种摇动切削方法，其特征是：所述机架设有高压喷油装置，所述高压喷油装置包括喷嘴、油泵和切削液箱。