CN103111791A

CN103111791A - 叶片表面超声波加工工艺

Info

Publication number: CN103111791A
Application number: CN2013100314536A
Authority: CN
Inventors: 赵显华; 王爱福
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明提供一种叶片表面超声波加工工艺，包括以下步骤：（1）将超声波刀具安装在数控铣床的主轴上；（2）工件表面在进行超声波加工之前，其表面粗糙度达到Ra值不大于6.3μm；（3）把叶片装夹在数控铣床工作台的旋转轴上；（4）启动数控铣床，操作数控铣床工作台，使叶片随工作台作X向和Y向运动，并随工作台上的旋转轴转动，通过主轴的Z向运动使超声波刀具与叶片表面接触，并在加工过程中始终对叶片施加压力，超声波刀具随数控铣床主轴作Z向运动。本发明对叶片在数控铣床上进行超声波加工时的装夹方式、工艺参数进行了明确的制定，提高了叶片的加工效率，不产生环境污染，费用低，保证了超声波加工在最佳状态下进行，提高了叶片的表面质量。

Description

叶片表面超声波加工工艺

技术领域

本发明涉及一种在数控铣床（具有四轴以上联动功能）上对叶片表面进行超声波加工的工艺方法，属于超声波金属表面加工技术领域。

背景技术

叶片在很多机械设备上都会用到，如各种泵类、风扇、汽轮机、水轮机、航空发动机以及螺旋桨等，其叶型部分是叶片的工作部分。叶片的叶型既非平面，也非圆柱面，而是不规则的曲面。叶片表面的加工质量（精度、硬度、表面粗糙度和纹理要求等）对设备的运行效率、使用寿命等重要指标都有着重要的影响。

叶片是通过数控机床（多轴数控铣床）精加工而成，数控机床的主轴和工作台的多个坐标同时做线形插补运动，使刀具按要求的空间轨迹走刀，完成对应复杂曲面的加工。而通常铣削工艺加工出的叶片的表面比较粗糙、叶片表面质量一般。

而对金属表面进行超声波加工能够获得低粗糙度值和高的表面质量，并且具有效率高、成本低的特点。对金属表面的超声波加工是通过超声波刀具完成的，不同的超声波刀具可以加工不同形状的表面，超声波刀具可以直接安装在相应机床的主轴或刀架上，或者是安装在超声波加工装置上，在机床超声波加工装置的带动下完成对金属工件表面的超声波加工。超声波刀具也可以象其它刀具一样安装在加工中心或数控铣床的刀库中，如中国专利文献CN102259271A公开的《一种超声波刀具在机床上的安装方法》，与其它刀具一样使用，对工件表面进行超声波加工。但是，《一种超声波刀具在机床上的安装方法》只是提供了超声波刀具在加工中心或数控铣床上的安装问题，没有给出如何加工的工艺过程以及最佳的工艺参数，操作者只是根据经验选择，并不能使超声波加工达到最佳效果，并且不能保证操作的安全性。

中国专利文献CN101941082A公开了一种《大缸径液压缸杆类外表面的超声波加工方法》，包括顺序进行的以下工艺步骤：把超声波刀具总成装在普通机床的刀架上；将刀头安装在超声波刀具总成上，调整滚珠；调整好滚珠后，验证刀头是否起振；检验好超声波刀具总成后，把千分表装在表架上，然后将千分表向超声波刀具总成后盖压下0.1mm，并调整表盘到零位上，以便于读取滚珠与机件表面静压力的大小；加工零件。 CN101224532公开了一种《电站大型镜板镜面豪克能加工工艺》，包括以下步骤：(1)采用合适的刀具制作出符合图纸要求的基本尺寸及形位公差和表面粗糙度达2.3μm～2.8μm的镜板；(2)调整切削参数：豪克能刀具加工的线速度调整为39m/min，走刀速度调整为0.3mm/r；(3)使用豪克能刀具对步骤(1)加工形成的镜板镜面实施加工。

上述超声波加工方法中提到的加工过程和工艺参数都是针对特定工件提出的，并不能适用于在数控铣床上对叶片的超声波加工。

发明内容

本发明针对现有叶片在超声波加工方面存在的不足，提供一种能够提高叶片加工精度和表面质量的叶片表面超声波加工工艺。

本发明的叶片表面超声波加工工艺，包括以下步骤：

（1）将超声波刀具安装在数控铣床的主轴上，连接超声波刀具与外部超声波发生器之间的电缆线；

（2）工件表面在进行超声波加工之前，其表面粗糙度Ra值不大于6.3μm；

（3）把叶片装夹在数控铣床工作台的旋转轴上；

（4）启动数控铣床，数控铣床的主轴（主轴可以转动也可以不转动）带动超声波刀具作Z向运动（上下移动），操作数控铣床工作台（工作台是根据预先按叶片形状编制的程序来运行的），使叶片随工作台作X向和Y向运动（横向和纵向运动），并随工作台上的旋转轴转动，通过主轴的Z向运动使超声波刀具与叶片表面接触，并在加工过程中始终对叶片施加30Kg-250Kg的压力，超声波刀具随数控铣床主轴作Z向运动，超声波刀具的线速度为0.5m/min-10m/min，超声波刀具的进给量为0.05mm-0.85mm。

步骤（4）中超声波刀具与叶片表面可以是按法线方向接触，以保证叶片经超声波加工后的效果均匀一致。

按上述工艺对叶片表面进行超声波加工后，超声波加工后达到的表面粗糙度值为Ra0.2以下，耐磨性提高50%以上，疲劳寿命提高6倍以上。

本发明对叶片在数控铣床上进行超声波加工时的装夹方式、工艺参数进行了明确的制定，提高了叶片的加工效率，不产生环境污染，费用低，保证了超声波加工在最佳状态下进行，提高了叶片的表面质量。

具体实施方式

本发明的数控铣床叶片表面超声波加工工艺，所用超声波刀具的安装可以参考按照 CN102259271A公开的《一种超声波刀具在机床上的安装方法》，超声波刀具上的刀头可以采用 CN201089076的《一种悬臂式光整加工刀头》或CN201357303公开的《圆珠式超声波加工刀头》。叶片表面超声波加工，具体包括以下步骤：（1）按照 CN102259271A公开的《一种超声波刀具在机床上的安装方法》中提到的方法，将超声波刀具安装在数控铣床上，具体参见其说明书中的实施例2和实施例3。连接牢固超声波刀具与外部超声波发生器之间的电缆线。

将超声波刀具作为一把加工中心上所用的刀具，将超声波刀具的外壳后部做成与加工中心上所用刀具的结构一样，可以将超声波刀具放置在加工中心的刀库中，通过加工中心的机械手将超声波刀具在加工中心的主轴与刀库之间转换。

或者是将超声波刀具作为一把铣刀类型，将超声波刀具的外壳后部做成铣刀刀柄结构。

（2）工件表面在进行超声波加工之前，其表面粗糙度达到Ra值不大于6.3μm；

（3）把叶片装夹在数控铣床工作台的旋转轴上，在加工过程中该旋转轴带动工件作旋转运动，采用一夹一顶的装夹方式，与在数控铣床上对叶片进行铣削加工时的装夹方式一样；

（4）启动数控铣床，数控铣床的主轴（主轴可以转动也可以不转动）带动超声波刀具作Z向运动（上下移动），操作数控铣床工作台根据预先按叶片形状编制的程序运行，使叶片随工作台作X向和Y向运动（横向和纵向运动），并随工作台上的旋转轴转动，使叶片与超声波刀具尽量按法线方向接触（数控机床的主轴和工作台的多个坐标同时做线形插补运动，使刀具按叶片要求的空间轨迹走刀），从而保证叶片经超声波加工后的效果均匀一致。

通过主轴的Z向运动使超声波刀具与叶片表面接触，并在加工过程中始终对叶片施加一定的压力，压力范围为30－250公斤。例如对下属材质所适用的压力按下表中选取：

材质	压力（kg）
		钢及其合金	120±25
铜合金、铝合金	80±25

超声波刀具随数控铣床主轴作Z向运动，超声波刀具的线速度（超声波刀具沿工件表面运动的速度）0.5m/min-10m/min。

超声波刀具的进给量（数控铣床编程上称为步距，每个步距即是指超声波刀具的进给量，也就是叶片每转一圈后刀具移动的距离或者是每转半圈后刀具移动的距离，如果叶片加工时是先加工完一个面，再加工另一个面，这时就是叶片每转半圈后超声波刀具移动的距离），根据超声波刀具上采用的刀头的不同可按下表选择：

刀具头形式	进给量（mm）
		圆珠式刀头	0.05-0.15
悬臂式刀头	0.10-0.85

表中悬臂式刀头指 CN201089076公开的《一种悬臂式光整加工刀头》，圆珠式刀头指CN201357303公开的《圆珠式超声波加工刀头》。

Claims

1.一种叶片表面超声波加工工艺，其特征是：包括以下步骤：

（3）把叶片装夹在数控铣床工作台的旋转轴上；

（4）启动数控铣床，数控铣床的主轴带动超声波刀具作Z向运动，操作数控铣床工作台，使叶片随工作台作X向和Y向运动，并随工作台上的旋转轴转动，通过主轴的Z向运动使超声波刀具与叶片表面接触，并在加工过程中始终对叶片施加30Kg-250Kg的压力，超声波刀具随数控铣床主轴作Z向运动，超声波刀具的线速度为0.5m/min-10m/min，超声波刀具的进给量为0.05mm-0.85mm。

2.根据权利要求1所述的叶片表面超声波加工工艺，其特征是：所述步骤（4）中超声波刀具与叶片表面是按法线方向接触。

3.根据权利要求1所述的叶片表面超声波加工工艺，其特征是：所述步骤（4）中超声波刀具对叶片施加的压力，根据材质按下表选取：

材质压力（kg）钢及其合金 120±25 铜合金、铝合金 80±25

。