一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬加工領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，金屬材料切削加工領(lǐng)域所面臨的一個(gè)主要難題是某些難加工金屬材料硬度很大或者加工硬化嚴(yán)重，加工過(guò)程中切削抗力大，刀具損耗和破壞嚴(yán)重，加工效率低下，成本高昂。因此，開(kāi)發(fā)高效低成本的難加工金屬切削加工技術(shù)是當(dāng)前業(yè)內(nèi)的一個(gè)主要研宄方向。
[0003]中國(guó)專利《一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法》(公開(kāi)號(hào)CN103447832A)提供了一種利用脈沖電流電致塑性效應(yīng)進(jìn)行難加工金屬材料高效切削加工的系統(tǒng)及應(yīng)用方法。但該專利中所涉及的電流回路為電源正極一車(chē)床卡盤(pán)一工件一車(chē)床尾座一電源負(fù)極，脈沖電流通過(guò)整個(gè)工件，對(duì)于僅僅發(fā)生在工件表面的切削過(guò)程來(lái)說(shuō)其電流利用效率很低。尤其是切削大直徑尺寸的工件，或切削導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性較差的材料，或進(jìn)行大切削用量的切削加工時(shí)，該專利所描述的加工系統(tǒng)和方法需要更高的脈沖電流來(lái)實(shí)現(xiàn)其電致塑性作用效果，這就意味著需要更大功率的脈沖電源和更高的能量消耗。因此，該系統(tǒng)相距實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用仍有很大距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型的脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。該系統(tǒng)借助安裝于小滑板上的、與切削刀具同步移動(dòng)的、緊密滑動(dòng)接觸于切削區(qū)兩側(cè)工件表面的電刷裝置將脈沖電流導(dǎo)入工件表面切削區(qū)，使脈沖電流始終高度集中在工件表層切削加工區(qū)，能夠帶來(lái)更高的切削加工效率和更低的成本消耗。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)，包括:
車(chē)床，該車(chē)床包含小滑板和夾持工件(導(dǎo)電工件)的卡盤(pán)；
切削力傳感器，安裝于所述小滑板上；
安裝有刀具的刀架，該刀架絕緣安裝于所述切削力傳感器上；
位于所述氣缸左、右兩側(cè)的左電刷裝置和右電刷裝置，所述左、右電刷裝置絕緣安裝于所述滑小滑板上，所述左電刷裝置的左電刷和所述右電刷裝置的右電刷與所述工件表面緊密滑動(dòng)接觸；所述左電刷的中心、所述右電刷的中心和所述刀具的刀尖均處于所述工件的中心線所在的水平面內(nèi)；
脈沖電源，兩輸出端分別連接所述左電刷和右電刷；及，
監(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)模塊，該模塊連接于所述脈沖電源的電源輸入回路中，輸入端接所述切削力傳感器的輸出端，用于根據(jù)所述切削力傳感器的輸出信號(hào)控制所述脈沖電源開(kāi)始或停止工作。
[0006]本系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括冷卻裝置，可使用不導(dǎo)電介質(zhì)作為冷卻或者強(qiáng)制風(fēng)冷方式冷卻。
[0007]其中，所述左電刷裝置由左電刷、左調(diào)節(jié)器和左電刷架組成，所述左電刷架由水平的安裝部、斜支桿和該斜支桿上端的連接段組成；所述左調(diào)節(jié)器由左套筒和設(shè)置于左套筒內(nèi)的左彈簧組成，所述左電刷位于該左套筒一端，所述左電刷架的連接段插接于該左套筒另一端內(nèi)并接觸該左彈簧。當(dāng)所述左彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)，在進(jìn)刀方向上所述左電刷工作面位于所述刀具刀尖的前方，當(dāng)所述左彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)，所述左電刷工作面與所述工件表面緊密滑動(dòng)接觸。
[0008]所述右電刷裝置由右電刷、右調(diào)節(jié)器和右電刷架組成，所述右電刷架由水平的安裝部、斜支桿和斜支桿上端的連接段組成；所述右調(diào)節(jié)器由右套筒和設(shè)置于右套筒內(nèi)的右彈簧組成，所述右電刷位于該右套筒一端，所述右電刷架的連接段插接于該右套筒另一端內(nèi)并接觸該右彈簧。當(dāng)所述右彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)，在進(jìn)刀方向上所述右電刷工作面位于所述刀具刀尖的前方，當(dāng)所述右彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)，所述右電刷工作面與所述工件表面緊密滑動(dòng)接觸。
[0009]所述左電刷架與所述小滑板之間設(shè)置第一絕緣層，所述左電刷架用穿過(guò)所述左電刷架的安裝部和所述第一絕緣層的多個(gè)第一絕緣螺栓螺于所述刀架左側(cè)的所述小滑板上；所述右電刷架和所述小滑板之間設(shè)置第二絕緣層，所述右電刷架用穿過(guò)所述右電刷架的安裝部和所述第二絕緣層的多個(gè)第二絕緣螺栓螺于所述刀架右側(cè)的所述小滑板上；所述刀架和所述切削力傳感器之間設(shè)置第三絕緣層，所述刀架用穿過(guò)所述刀架的安裝部和所述第三絕緣層的多個(gè)第三絕緣螺栓螺于所述切削力傳感器上。
[0010]所述左電刷的工作面在進(jìn)刀時(shí)先于所述刀具刀尖緊密滑動(dòng)接觸于所述工件表面，退刀時(shí)后于所述刀具刀尖離開(kāi)所述工件表面；所述右電刷的工作面在進(jìn)刀時(shí)先于所述刀具刀尖緊密滑動(dòng)接觸于所述工件表面，退刀時(shí)后于所述刀具刀尖離開(kāi)所述工件表面。
[0011]所述左調(diào)節(jié)器(左彈簧)的最大壓縮行程、所述右調(diào)節(jié)器(右彈簧)的最大壓縮行程均大于切削加工所使用的最大背吃刀量。
[0012]所述脈沖電源能夠輸出頻率為50-1OOOOHz、脈寬為20-1000 μ s、峰值電流為100-10000A的脈沖電流。
[0013]由于刀架絕緣安裝于小滑板上的切削力傳感器上，通過(guò)切削力傳感器可以探測(cè)切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力。當(dāng)所述切削力傳感器探測(cè)到切削力不為零時(shí)，所述監(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)模塊對(duì)來(lái)自所述切削力傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，并接通所述脈沖電源的輸入電源使所述脈沖電源開(kāi)始工作；當(dāng)所述切削力傳感器探測(cè)到切削力為零時(shí)，所述監(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)模塊對(duì)來(lái)自所述切削力傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，并切斷所述脈沖電源的輸入電源。
[0014]本脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)的一種應(yīng)用方法，包括以下步驟:
將工件一端用卡盤(pán)夾緊，啟動(dòng)車(chē)床，工件隨卡盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)；
移動(dòng)小滑板進(jìn)刀，使左電刷裝置的左電刷和右電刷裝置的右電刷首先與工件表面緊密滑動(dòng)接觸；隨后刀具刀尖接觸工件表面并開(kāi)始切削，與此同時(shí)切削力傳感器探測(cè)到切削力不為零，監(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)模塊對(duì)來(lái)自切削力傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，并接通脈沖電源的輸入電源使脈沖電源開(kāi)始工作；脈沖電源通過(guò)所述左電刷和右電刷向工件表面切削加工區(qū)導(dǎo)入脈沖電流；切削過(guò)程中，左、右電刷裝置由小滑板拖動(dòng)隨刀具的進(jìn)給而同步移動(dòng)； 切削畢，移動(dòng)小滑板退刀，車(chē)刀刀尖首先離開(kāi)工件表面，同時(shí)切削力傳感器探測(cè)到切削力變?yōu)榱悖O(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)模塊對(duì)來(lái)自切削力傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，并切斷脈沖電源的輸入電源脈沖電源停止工作；
關(guān)閉車(chē)床，卡盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從卡盤(pán)上取下工件。
[0015]其中，所述工件為導(dǎo)電工件，所述脈沖電流參數(shù)為:頻率為50-10000HZ、脈寬為20-1000 μ s、峰值電流為100-10000Α的脈沖電流。
[0016]本發(fā)明脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)，借助安裝于小滑板上的、與切削刀具同步移動(dòng)的、緊密滑動(dòng)接觸于切削區(qū)兩側(cè)工件表面的電刷裝置將脈沖電流導(dǎo)入工件表面切削區(qū)?；陔娐纷疃屉娮枳钚≡砗兔}沖電流集膚效應(yīng)，所加脈沖電流絕大部分會(huì)沿著兩個(gè)電刷裝置之間的工件表面切削區(qū)流過(guò)。始終高度集中在工件表層切削加工區(qū)的脈沖電流可帶來(lái)更高的切削加工效率和更低的成本消耗。該系統(tǒng)在切削高硬度大直徑尺寸的工件，或切削導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性較差的材料，或進(jìn)行大切削用量的切削加工時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)，裝置簡(jiǎn)單易行，成本低廉，刀具切入和切出工件沒(méi)有打火放電現(xiàn)象，具有很好的實(shí)用前景。
[0017]用該系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行脈沖電流輔助切削加工試驗(yàn)，相同切削用量參數(shù)下，其主切削力比不加電的普通切削主切削力降低23-31.8%，比中國(guó)專利《一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應(yīng)用方法》(公開(kāi)號(hào)CN103447832A)所提供切削方法的主切削