一种细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法

1.本发明涉及陶瓷基复合材料加工领域，尤其涉及一种细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法。


背景技术：

2.对于传统的细长薄壁陶瓷管内孔加工，常采用拉削和磨削方法，加工时靠刀具与工件的相对运动来完成。目前加工方法主要存在以下不足：(1)切削力大：在加工细长薄壁陶瓷管内孔时，较大的切削力会使工件发生变形弯曲，甚至破裂，导致工件损坏。(2)切削热大：在加工过程中，因为内孔空间有限，切削液不易进入切削区域。刀具和工件产生的切削热难以及时排出，使刀具寿命减少，工件产生烧蚀缺陷。(3)切屑不易排出：内孔直径较小，切削液不易进入，导致切屑不易排出。影响内孔的表面质量。(4)加工效率低：在加工细长薄壁陶瓷管内孔时，切削速度不易过高，这就使得内孔表面粗糙度不易减少，加工效率低。
3.超声旋转加工作为一种成熟的加工方式，是加工陶瓷等硬脆材料的有效方法，具有精度高、去除率高、切削力小、耗能少等优点。但是超声旋转加工中材料去除的主要形式是大片剥落，这不利于提高工件表面的表面质量。同时旋转式超声加工受到静压力、转速、振幅等因素综合影响，加工过程非常复杂，且可控性比较差。超声旋转加工因振动的频率远远高于低频振动，将超声加工应用于细长薄壁陶瓷管时，会造成细长薄壁陶瓷管的管壁产生裂纹，甚至直接发生破裂。超声旋转加工并不适用于细长薄壁陶瓷管的加工。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法。该方法便于提高细长薄壁陶瓷管内孔加工的加工效率，解决切屑不易排出等问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.步骤a、将细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置固定安装在机架上，其与细长薄壁陶瓷管工件8保持水平，通过夹持装置11夹持细长薄壁陶瓷管工件8；
7.步骤b、电机带动输入系统1，经过振动系统2转换为低频振动，再由输出系统3输出至细长薄壁陶瓷管工件8；
8.振动系统2通过输入系统1带动传动轴5转动，振动圆盘6随传动轴5转动，振动圆盘6外缘在支撑板7凸起上滑动产生低频振动；
9.细长薄壁陶瓷管工件8和导向环10固定在夹持装置11上，细长薄壁陶瓷管工件8在导向环10内自由转动；振动系统2产生的低频振动经夹持装置11传递到细长薄壁陶瓷管工件8上；
10.步骤c、在细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置对细长薄壁陶瓷管工件8施加低频振动的同时，内孔加工刀具9对细长薄壁陶瓷管工件8内孔进行加工，完成低频振动加工。
11.本发明的有益效果是：
12.1、振动方式选择低频振动，且振幅很小，确保细长薄壁陶瓷管具有振动特征且不会因为振动导致损坏。
13.2、本低频振动辅助加工方法将细长薄壁陶瓷管内孔的加工从传统加工转换为转动和振动相结合的复合加工方式，解决了传统方式加工细长薄壁陶瓷管出现的排屑困难、切削热难以传散、加工效率低、刀具磨损严重等问题。
附图说明
14.图1是本发明细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法的整体加工示意图；
15.图2是本发明细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法的振动系统运行阶段一原理图；
16.图3是本发明细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法的振动系统运行阶段二原理图；
17.图4是本发明的细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法原理图。
18.图中：1-输入系统，2-振动系统，3-输出系统，4-电机，5-传动轴，6-振动圆盘，7-支撑板，8-细长薄壁陶瓷管工件，9-内孔加工刀具，10-导向环，11-夹持装置。
具体实施方式
19.以下结合技术方案和附图详细叙述本发明方法的具体实施方式。
20.所采用的细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置包括输入系统1、振动系统2、输出系统3和箱体；
21.箱体一端设有圆孔；
22.振动系统2位于箱体内部，其包括传动轴5、传动齿轮、支撑板、输出轴、定位轴承、传动圆弧盘、从动圆弧盘、从动齿轮、从动轴和弹簧；传动圆弧盘、从动圆弧盘为振动圆盘6；
23.支撑板7一端面设置多处弧形凸起，分别用于与传动圆弧盘外缘、从动圆弧盘外缘接触，接触面形状相互对应；支撑板另一端面连接输出轴；输出轴一端过箱体一端的圆孔后安装装夹机构；支撑板一端面与箱体另一端间连接弹簧，弹簧初始状态为拉伸状态；传动轴5和从动轴二者平行，两端安装于箱体两侧，位于支撑板一端面与箱体另一端间；传动齿轮、传动圆弧盘安装于传动轴上；从动齿轮、从动圆弧盘安装于从动轴上；传动齿轮与从动齿轮二者啮合；传动圆弧盘与从动圆弧盘不接触；传动轴5一端伸出箱体一侧，与输入系统1相连接；
24.输入系统1包括电机4、皮带、带轮；电机4与带轮通过皮带连接，带轮安装在传动轴5一端；
25.输出系统3包括夹持装置11和导向环10，夹持装置11由两个对称结构组成，对称结构的两端通过螺栓连接；夹持装置11中心位置开有圆孔，内径大小和导向环10直径相等；夹持装置11将导向环10夹紧固定在陶瓷管上；夹持装置一端连接装夹机构。
26.将细长薄壁陶瓷管工件8固定在机床的夹具上，然后将细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置安装在机架上，使细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置与细长薄壁陶瓷管工件8保持水平。然后将导向环10安装在细长薄壁陶瓷管工件8上，夹持装置11将导向环10夹紧固定。
27.然后电机4按照预设的转速转动，为输入系统1输入能量，带动振动系统2进行转动；振动系统2的支撑板7下表面存在弧形凸起，振动圆盘6的外缘与支撑板7下表面的凸起相接触；振动圆盘6外缘滚过支撑板7下表面的弧形凸起，在振动圆盘6从波谷转向波峰时，振动系统2上升，在振动圆盘6从波峰转向波谷时，振动系统2开始回落；如此周期重复，通过控制转速，形成低频振动。然后振动系统2将低频振动传输到夹持装置11上，最终使得细长薄壁陶瓷管工件8发生微小振幅的低频振动。与此同时，细长薄壁陶瓷管工件8在机床上开始转动，内孔加工刀具9对细长薄壁陶瓷管工件8内孔进行加工，在低频振动辅助条件下，内孔加工的精度得到提高，同时切屑和切削热的排出情况也会得到改善。


技术特征：
1.一种细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法，其特征在于，采用细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置进行辅助振动加工，包括以下步骤：步骤a、将细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置固定安装在机架上，其与细长薄壁陶瓷管工件(8)保持水平，通过夹持装置(11)夹持细长薄壁陶瓷管工件(8)；步骤b、电机(4)带动输入系统(1)，经过振动系统(2)转换为低频振动，再由输出系统(3)输出至细长薄壁陶瓷管工件(8)；振动系统(2)通过输入系统(1)带动传动轴(5)转动，振动圆盘(6)随传动轴(5)转动，振动圆盘(6)外缘在支撑板(7)凸起上滑动产生低频振动；细长薄壁陶瓷管工件(8)和导向环(10)固定在夹持装置(11)上，细长薄壁陶瓷管工件(8)在导向环(10)内自由转动；振动系统(2)产生的低频振动经夹持装置(11)传递到细长薄壁陶瓷管工件(8)上；步骤c、在细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置对细长薄壁陶瓷管工件(8)施加低频振动的同时，内孔加工刀具(9)对细长薄壁陶瓷管工件(8)内孔进行加工，完成低频振动加工。

技术总结
本发明属于陶瓷基复合材料加工领域，提出一种细长薄壁陶瓷管低频振动辅助加工方法。本发明将细长薄壁陶瓷管工件与细长薄壁陶瓷管低频振动辅助装置固定，电机带动输入系统，使得振动圆盘在支撑板凸起上滑动，产生低频振动，通过夹持装置将振动施加在细长薄壁陶瓷管工件上。在细长薄壁陶瓷管加工过程中施加低频径向振动，使得加工方式从单一的转动转变为转动和振动相结合的复合运动，改善了加工效率低、排屑困难等问题。本发明方法简单方便，易于实施，可以实现细长薄壁陶瓷管低频振动加工，使细长薄壁陶瓷管加工精度提高，切削热更易排出。出。出。


技术研发人员：王一奇 李想 高航
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/7/25