一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬加工領域，具體涉及一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)及其應用方法。
【背景技術】
[0002]目前，金屬材料切削加工領域所面臨的一個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重，加工過程中切削抗力大，刀具損耗和破壞嚴重，加工效率低下，成本高昂。因此，開發(fā)高效低成本的難加工金屬切削加工技術是當前業(yè)內的一個主要研宄方向。
[0003]中國專利《一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應用方法》(公開號CN103447832A)提供了一種利用脈沖電流電致塑性效應進行難加工金屬材料高效切削加工的系統(tǒng)及應用方法。但該專利中所涉及的電流回路為電源正極一車床卡盤一工件一車床尾座一電源負極，脈沖電流通過整個工件，對于僅僅發(fā)生在工件表面的切削過程來說其電流利用效率很低。尤其是切削大直徑尺寸的工件，或切削導電性和導磁性較差的材料，或進行大切削用量的切削加工時，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實現(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)相距實際生產(chǎn)應用仍有很大距離。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述問題，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的、緊密滑動接觸于切削區(qū)兩側工件表面的電刷裝置將脈沖電流導入工件表面切削區(qū)，使脈沖電流始終高度集中在工件表層切削加工區(qū)，能夠帶來更高的切削加工效率和更低的成本消耗。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種脈沖電流輔助切削加工系統(tǒng)，包括:
車床，該車床包含小滑板和夾持工件(導電工件)的卡盤；
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；
脈沖電源，兩輸出端分別連接所述左電刷和右電刷；及，
監(jiān)測控制開關模塊，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控制所述脈沖電源開始或停止工作。
[0006]本系統(tǒng)進一步可以包括冷卻裝置，可使用不導電介質作為冷卻或者強制風冷方式冷卻。
[0007]其中，所述左電刷裝置由左電刷、左調節(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；所述左調節(jié)器由左套筒和設置于左套筒內的左彈簧組成，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并接觸該左彈簧。當所述左彈簧處于自由狀態(tài)時，在進刀方向上所述左電刷工作面位于所述刀具刀尖的前方，當所述左彈簧處于壓縮狀態(tài)時，所述左電刷工作面與所述工件表面緊密滑動接觸。
[0008]所述右電刷裝置由右電刷、右調節(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；所述右調節(jié)器由右套筒和設置于右套筒內的右彈簧組成，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并接觸該右彈簧。當所述右彈簧處于自由狀態(tài)時，在進刀方向上所述右電刷工作面位于所述刀具刀尖的前方，當所述右彈簧處于壓縮狀態(tài)時，所述右電刷工作面與所述工件表面緊密滑動接觸。
[0009]所述左電刷架與所述小滑板之間設置第一絕緣層，所述左電刷架用穿過所述左電刷架的安裝部和所述第一絕緣層的多個第一絕緣螺栓螺于所述刀架左側的所述小滑板上；所述右電刷架和所述小滑板之間設置第二絕緣層，所述右電刷架用穿過所述右電刷架的安裝部和所述第二絕緣層的多個第二絕緣螺栓螺于所述刀架右側的所述小滑板上；所述刀架和所述切削力傳感器之間設置第三絕緣層，所述刀架用穿過所述刀架的安裝部和所述第三絕緣層的多個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刀時先于所述刀具刀尖緊密滑動接觸于所述工件表面，退刀時后于所述刀具刀尖離開所述工件表面；所述右電刷的工作面在進刀時先于所述刀具刀尖緊密滑動接觸于所述工件表面，退刀時后于所述刀具刀尖離開所述工件表面。
[0011]所述左調節(jié)器(左彈簧)的最大壓縮行程、所述右調節(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，通過切削力傳感器可以探測切削過程中產(chǎn)生的切削力。當所述切削力傳感器探測到切削力不為零時，所述監(jiān)測控制開關模塊對來自所述切削力傳感器的輸出信號進行處理，并接通所述脈沖電源的輸入電源使所述脈沖電源開始工作；當所述切削力傳感器探測到切削力為零時，所述監(jiān)測控制開關模塊對來自所述切削力傳感器的輸出信號進行處理，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)的一種應用方法，包括以下步驟:
將工件一端用卡盤夾緊，啟動車床，工件隨卡盤轉動；
移動小滑板進刀，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接觸；隨后刀具刀尖接觸工件表面并開始切削，與此同時切削力傳感器探測到切削力不為零，監(jiān)測控制開關模塊對來自切削力傳感器的輸出信號進行處理，并接通脈沖電源的輸入電源使脈沖電源開始工作；脈沖電源通過所述左電刷和右電刷向工件表面切削加工區(qū)導入脈沖電流；切削過程中，左、右電刷裝置由小滑板拖動隨刀具的進給而同步移動； 切削畢，移動小滑板退刀，車刀刀尖首先離開工件表面，同時切削力傳感器探測到切削力變?yōu)榱?，監(jiān)測控制開關模塊對來自切削力傳感器的輸出信號進行處理，并切斷脈沖電源的輸入電源脈沖電源停止工作；
關閉車床，卡盤停止轉動，從卡盤上取下工件。
[0015]其中，所述工件為導電工件，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的、緊密滑動接觸于切削區(qū)兩側工件表面的電刷裝置將脈沖電流導入工件表面切削區(qū)?；陔娐纷疃屉娮枳钚≡砗兔}沖電流集膚效應，所加脈沖電流絕大部分會沿著兩個電刷裝置之間的工件表面切削區(qū)流過。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，或切削導電性和導磁性較差的材料，或進行大切削用量的切削加工時具有顯著優(yōu)勢，裝置簡單易行，成本低廉，刀具切入和切出工件沒有打火放電現(xiàn)象，具有很好的實用前景。
[0017]用該系統(tǒng)對工件進行脈沖電流輔助切削加工試驗，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%，比中國專利《一種電致塑性切削加工系統(tǒng)及其應用方法》(公開號CN103447832A)所提供切削方法的主切削