本发明属于切削机床,更具体地说,本发明公开了一种超声辅助浸润式切削加工装置与方法。
背景技术:
1、铣削与钻削加工方式在大规模机械生产中占据了很大一部分比例,随着加工制造技术的快速发展,对制造业的生产效率提出了更高的要求。通常一般会选择提高切削速度来提高生产效率,满足生产要求。然而,在高速切削过程中会产生大量的切削热,多余的热量不仅会对被加工材料造成热损伤,而且会大大降低刀具的使用寿命,严重影响生产效率;另外,在高速切削过程中切屑的断屑问题也对机床与刀具存在不良影响。
2、现有冷却方式主要为浇注式冷却,切削加工过程中使用大量切削液以加强前刀面附近散热能力,以保证工件加工质量与刀具使用寿命,但是这种情况下切削液的传热效率不高,为了解决该问题,在专利cn 202010519419.3中公开了一种离心冷却液沉浸切削设备,该专利将工件放置在冷却液中加工,一定程度上提高了冷却效率,但是该专利仅仅是将工件进行浸润,因此,冷却效果比较差,且冷却液采用普通冷却液,仅仅实现冷却的作用,在加工过程中还需要额外添加润滑液,同时无法解决断屑的问题。
3、对于断屑问题,一般使用较多的措施是在刀具前面磨出断屑槽,但这种方法会提高加工成本,高速切削加工领域仍需要一种可靠的降低切削热、及时断屑的加工装置与方法。
技术实现思路
1、针对高速切削刀尖区域散热困难的问题,本发明提出一种超声辅助浸润式切削加工装置,其目的是能够降低切削过程中刀尖区域温度以及切削力,及时控制断屑,以提高刀具的使用寿命与切削加工的表面质量。
2、为了实现上述目的,本发明提供的技术方案是这样实现的:
3、一种超声辅助浸润式切削加工装置,包括加工刀具、超声波发生系统与长方体液槽,所述的超声波系统设置在长方体液槽的底部,保证纳米流体的稳定性;在长方体液槽内盛装有纳米流体,待加工的工件整个浸润在纳米流体内,且加工刀具也浸润在纳米流体内,保证整个加工过程在纳米流体内完成。
4、本发明不同于现有技术,本发明在整个加工过程中,工件和刀具都浸润在纳米流体中,液槽中纳米流体在高速切削过程中可以将产生的切削热快速转移,起到了冷却、润滑的作用,同时液槽底部的超声波发生系统促进纳米流体完全进入刀具与工件的切削区域,增强冷却润滑效果,且超声波系统对铣削过程中产生的切屑造成冲击,同时刀具主轴的旋转会带动长方体液槽中纳米流体的运动,使得切屑在超声波及表面液体流动作用下及时断开,并随水流落到液槽的底部,解决了现有技术中的断屑问题。即本发明通过将工件和刀具都浸润中纳米流体中,同时配合超声波系统、纳米流体的流动性,实现了冷却、润滑以及断屑三个功能,整体结构简单,成本低。
5、作为进一步的技术方案,所述的长方体液槽的底部设置有排液口,便于液槽内的纳米流体的排出更换。
6、作为进一步的技术方案,所述的工件卡装或者贴附在长方体液槽槽内,并使其完全固定,便于对其进行切削加工,加入液槽内的纳米流体需要完全浸没工件,保证工件待加工区域的快速换热。
7、作为进一步的技术方案,所述的加工刀具为盘式铣刀、或整体式立铣刀、或钻头。
8、作为进一步的技术方案,所述的纳米流体的液面高于加工刀具的加工面,即在上述的超声辅助浸润式铣削加工装置中,所述工件在被加工过程中与盘式铣刀、整体式立铣刀、钻头等刀具的接触位置应完全处于纳米流体液面之下,利用纳米流体优异的传热能力使切削过程中产生的切削热快速传导到液槽内的纳米流体中。
9、第二方面,本发明基于上述的超声辅助浸润式切削加工装置,还公开了一种对工件进行加工的方法,如下:
10、将工件固定在长方体液槽中;
11、向长方体液槽中加入设定量的纳米流体,使得纳米流体的液面高于工件设定的距离;
12、开启超声波系统;
13、加工刀具对工件进行加工,在加工过程中,要保证刀具与工件的接触位置应完全处于纳米流体液面之下,利用纳米流体的传热能力使切削过程中产生的切削热快速传导到液槽内的纳米流体中,同时在超声波作用下可以帮助切削过程中产生的切屑快速分离,使得在切削过程中产生的切屑可以随着主轴转动跟随液体旋转排出。
14、与现有技术相比,本发明超声辅助浸润式切削加工装置具有以下优点:
15、本发明在整个加工过程中,工件和刀具都浸润中纳米流体中,因此,液槽中纳米流体在高速切削过程中可以将产生的切削热快速转移,起到了冷却润滑的作用,降低了切削过程中刀具切削区域的温度以及切削力,提高了切削加工的表面质量与刀具的使用寿命,同时液槽底部的超声波发生系统促进纳米流体完全进入刀具与工件的切削区域,增强冷却润滑效果,且超声波发生系统提高了纳米流体的稳定性,将对铣削过程中产生的切屑造成冲击,刀具主轴的旋转会带动长方体液槽中纳米流体的运动,即液槽内的纳米流体会随着铣刀刀盘转动而运动,切屑在超声波及表面液体流动作用下及时断开,并随水流落到液槽的底部,解决了现有技术中的断屑问题,确保了自动加工循环的正常运行,提高了操作者与机床的安全性,保证了正常的生产效率,且无需在刀具上加工断屑槽,降低了加工成本,同时整个切削过程相对于浇注式冷却减少了切削液的使用,成本降低,对环境及人体的危害减小。
1.一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于,包括加工刀具、超声波发生系统与长方体液槽,所述的超声波系统设置在长方体液槽的底部,在长方体液槽内盛装有纳米流体,待加工的工件整个浸润在纳米流体内,且加工刀具也浸润在纳米流体内,保证整个加工过程在纳米流体内完成。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的长方体液槽的底部设置有排液口。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的工件卡装或者贴附在长方体液槽槽内。
4.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的加工刀具为盘式铣刀。
5.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的加工刀具为整体式立铣刀。
6.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的加工刀具为钻头。
7.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的纳米流体的液面高于加工刀具的加工面。
8.根据权利要求1所述的一种超声辅助浸润式切削加工装置,其特征在于:所述的长方体液槽固定于立式机床夹具上。
9.利用权利要求1-8任一所述的超声辅助浸润式切削加工装置对工件进行加工的方法,其特征在于: