CN114986195B - 一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于孔精密制备技术领域，具体涉及一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法。本申请的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法包括：通过超声振动***对铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动，两路弯曲振动的合成轨迹与所述铣磨刀具的中心线垂直，使铣磨刀具在普通螺旋铣磨加工同时进行超声横向圆形振动，实现微孔结构波动式超声铣磨加工。本申请的波动式超声铣磨加工方法提高了孔加工的规律性，又降低刀具超声振动的控制难度，从而进一步提高了微孔加工精度和表面质量，为实现高精度、低损伤加工提供前提保障。
Description
技术领域
本申请属于孔精密制备技术领域，具体涉及一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法。
背景技术
在涡轮风扇发动机、重型燃气轮机等产品中，以C/SiC、SiC/SiC、C/C为代表的陶瓷基、碳基复合材料使用连续纤维对陶瓷基体、碳基进行增韧，既保留了基体材料的轻质、耐高温、耐磨损等优势，又使其不会发生灾难性的断裂失效，逐渐被应用于高推重比航空发动机的热端部件。热端部件长期处于高温的工作环境下，需通过气膜冷却技术来降低温度。其中，气膜孔可以在不显著降低热端部件力学性能基础上，有效降低热端零件的局部温度，延长使用寿命。
以陶瓷基复合材料叶片为例，气膜孔的孔径约为0.3～0.8mm的微斜孔结构。气膜孔的形状和位置参数是决定气膜孔冷却效率的关键，而气膜孔表面加工损伤往往是叶片疲劳断裂的根源之一。因此，气膜孔的加工精度和加工质量直接决定了气膜孔的冷却效率和叶片疲劳寿命。
在先前专利CN112222445A一种波动式切挤孔精强一体化加工方法，提出了相邻两齿刀具切削轨迹具有相位差，从而使刀具主切削刃断续切削、降低切削力提高加工精度，但该方法具有切削不均匀性、形成的微孔表面形貌缺乏规律性的缺点，并且刀具的控制难度较大，容易产生刀具轨迹偏差，降低了加工精度。
而如何提高孔加工的规律性、降低刀具超声振动的控制难度，进一步提高加工精度，即如何克服上述技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，该方法包括：
通过超声振动***对铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动，两路弯曲振动的合成轨迹与所述铣磨刀具的中心线垂直，使铣磨刀具在普通螺旋铣磨加工同时进行超声横向圆形振动，实现微孔结构波动式超声铣磨加工。
可选地，该方法还包括：
通过设定所述铣磨刀具的回转速度，控制切削过程中所述铣磨刀具具有预设的动态角度以及相邻刀具具有预设的相位差。
可选地，设定所述铣磨刀具的回转速度的步骤包括：
步骤S1、在加工前，通过调节所述回转速度控制所述铣磨刀具磨粒的动态后角范围为[30°，60°]和/或通过调节所述回转速度控制所述铣磨刀具磨粒的动态前角范围为[-30°，-60°]，所述动态后角由如下公式得出：
其中，α为动态后角，α′0为刀具名义后角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间；
所述动态前角由如下公式得出：
其中，-γe为动态前角，-γ′e为刀具名义前角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间；
步骤S2、通过设定所述回转速度，使切削过程中存在的[30°，90°]的相位差。
可选地，所述铣磨刀具的回转速度与切削过程中的相位差的关系表示为：
其中，
为相邻两次切削间隔包含的相位差，f为超声横向圆形振动频率，n为所述铣磨刀具回转速度，Z为所述铣磨刀具周向截面磨粒数，ft是刀具的公转速度，Dt是刀具直径，INT()是向下取整函数，fzt是切向每齿进给量，A是超声振动振幅。
可选地，所述铣磨刀具的直径为0.2～1mm，磨粒粒度为500～1000目，刀具磨粒间隔10～20μm，基体为硬质合金，结合剂为镍基结合剂。
可选地，所述铣磨刀具为电镀或钎焊金刚石磨头。
可选地，被加工孔的直径范围为0.5～2mm。
可选地，所述超声横向圆形振动的振幅为1～10μm，所述超声横向圆形振动的频率为18～22KHz。
可选地，所述铣磨刀具在切削过程中采用润滑剂为植物油或油脂的微量润滑干切削方式。
可选地，该方法用于直接一次性制孔或其他特种工艺加工的初孔的精加工。
(三)有益效果
本申请的有益效果是：本申请提出了一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，该方法包括：通过超声振动***对铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动，两路弯曲振动的合成轨迹与所述铣磨刀具的中心线垂直，使铣磨刀具在普通螺旋铣磨加工同时进行超声横向圆形振动，实现微孔结构波动式超声铣磨加工。本申请的波动式超声铣磨方法提高了孔加工的规律性，又降低刀具的控制难度，从而进一步提高了微孔加工精度和表面质量，为实现高精度、低损伤加工提供前提保障。
进一步地，本申请通过两次回转速度的调整，可以实现：
控制切削过程中动态后角在一个合理的范围，铣磨刀具磨粒在波动式超声加工下减少后刀面对硬脆材料材料表面的熨压，从而可减少裂纹和纤维拔离，进而提高硬脆材料表面精度和加工表面完整性；在加工过程中，控制切削过程中动态前角在一个合理的范围，使得磨粒前角变大，相比于普通无超声辅助铣磨加工方法，可使铣磨刀具磨粒在波动式超声加工下更加锋利，从而有效去除材料；
再次通过设定铣磨刀具回转速度范围来控制切削过程中相位差在一个合理的范围，可以使得动态前角角度大时，刀具较为锋利，处于切削状态；动态前角小时，刀具不锋利，刀具处于空切状态；从而保证了刀具锋利时处于切削状态，能更好地去除材料，又能保证刀具不锋利时，刀具处于空切状态，从而实现主切削刃断续切削，降低了切削力和切削温度，减少刀具磨损。
附图说明
本申请借助于以下附图进行描述：
图1为本申请一个实施例中的超声圆形振动示意图；
图2为本申请一个实施例中的波动式超声加工示意图；
图3为本申请一个实施例中的让刀原理示意图；
图4为本申请一个实施例中的表面形貌形成示意图；
图5为本申请另一个实施例中的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法加工工艺流程图；
图6为本申请另一个实施例中的磨粒前角、后角动态变化示意图；
图7为本申请另一个实施例中的硬脆材料波动式超声铣磨斜孔示意图；
图8为本申请另一个实施例中的硬脆材料波动式超声铣磨精加工修整示意图；
图9为本申请又一个实施例中的波动式超声加工硬脆材料微孔示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
实施例一
请参阅图1-图4，本实施例的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法包括：
通过超声振动***对铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动，两路弯曲振动的合成轨迹与所述铣磨刀具的中心线垂直，使铣磨刀具在普通螺旋铣磨加工同时进行超声横向圆形振动，实现微孔结构波动式超声铣磨加工。
本实施例的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，通过施加超声横向圆形振动可以大幅度抑制刀具动态让刀，实现切削界面高频分离减摩和降力降热的效果，减少孔撕裂损伤，提高了表面质量；并且通过使铣磨刀具在普通切削过程中进行超声横向圆形振动，还可提高孔加工的规律性，又降低刀具的控制难度，从而进一步提高了制微孔精度，为高精度、低损伤加工提供前提保障。
为了更好地理解本发明，以下对本实施例的波动式超声铣磨方法进行展开说明。
本实施例中，超声振动***可以包括超声发生器、能量传输单元和超声刀柄，能量传输单元包括传输线和压电陶瓷，超声刀柄包括换能器和变幅杆。
图1为本申请一个实施例中的超声圆形振动示意图，如图1所示，本实施例中的超声横向圆形振动，图1是所使用刀具的仰视图，具体为对安装在机床上的铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动——弯曲振动1和弯曲振动2，这两路弯曲振动的轨迹又与铣磨刀具中心线垂直，即振动轨迹位于铣磨刀具中心线的垂直面上。圆形振动的轨迹由这两路弯曲振动轨迹耦合而成，形状为正圆形，n是铣磨刀具回转速度。与超声椭圆振动进行对比，如图1所示，当对磨粒施加超声椭圆振动时，磨粒A和磨粒B在切向和径向上振动分量是不一致的，例如当磨粒A处切向受到椭圆振动长轴位移分量时，在B处受到椭圆振动短轴位移分量。而超声圆形振动使铣磨刀具上所有磨粒在切向和径向上切削状态和受力状态均等效，可增强切削均匀性和孔表面形貌的规律性。
图2为本申请一个实施例中的波动式超声加工示意图，如图2所示，在传统硬脆材料微孔加工过程中，每一次切削所形成的是长磨削层。而在硬脆材料波动式超声铣磨微孔加工过程中，每一次切削轨迹均为波形，如图中前轨迹形成表面和当前超声磨削轨迹所示，当相邻两次切削轨迹存在交叠点时，硬脆材料微孔加工过程中产生高频分离断续切削，使得加工的切屑更加细小，并且这种断续加工模式可以有效地降低切削力、切削热，从而提高加工精度。
图3为本申请一个实施例中的让刀原理示意图，图3中(a)为微孔加工过程中刀具形变量示意图，如图3中(a)所示，δs1、δs2分别为刀杆的变形量，Φs1、Φs2分别是刀杆的变形角度，δf为刀刃部分的让刀量，在微孔加工过程中，刀具可以等效为弱刚性悬臂梁，在加工过程中刀具挠曲变形不断地改变方向,使刀具中心偏离了原来的理想中心产生让刀现象，使得实际孔径小于目标孔径。而在波动式超声铣磨加工硬脆材料过程中，刀具侧面磨粒吃刀量是从零开始逐渐增大至定值，波动式超声加工振幅的变化可以最大限度地减少刀具的让刀现象,有效保证孔尺寸的一致性。图3中(b)为让刀原理示意图，如图3中(b)所示，将实验中采集的工件坐标系内的切削力(Fx、Fy)转换为刀具坐标内的切削力(Fn、Ft)，即刀具径向和切向切削力，径向切削力Fn决定了刀具径向变形，使得刀具在切削过程中有一定的径向让刀量，在波动式超声铣磨加工硬脆材料过程中，由于波动式超声加工的断屑特性，切削力降低，从而也很好地减少了动态、静态让刀现象，进而提高了微孔加工表面质量(粗糙度、加工损伤)和加工精度(孔径偏差、圆柱度、圆度等)。
图4为本申请一个实施例中的表面形貌形成示意图，如图4所示，通过调试可使超声圆形振动两路振幅相等，加工过程中刀具每一磨粒切削均等效，可增强孔表面形貌的规律性，形成不同于普通切削制孔的波形微观表面形貌。在改善表面粗糙度，提高加工精度的基础上还可通过改变切削参数和振动参数调整微观表面织构，实现不同的表面功能。
本实施例中，铣磨刀具的直径为0.2～1mm，磨粒粒度为500～1000目，刀具周向截面磨粒数为100～500，刀具磨粒间隔10μm～20μm，基体为硬质合金，结合剂为镍基结合剂。
具体地，铣磨刀具可以是电镀金刚石磨头，被加工孔的直径范围为0.5～2mm。
本实施例中，通过设定铣磨刀具的回转速度，控制切削过程中铣磨刀具具有预设的动态角度以及相邻刀具具有预设的相位差，确定回转速度的依据如下：
波动式超声铣磨硬脆材料微孔结构加工过程中，若相邻两次切削轨迹存在高频分离，则切削形式为高频断续分离切削，可有效降低切削力，可显著提高制孔精度，同时切削空间打开，方便切削液进入，可降低加工区域温度，减小由切削热。第i个磨粒位移坐标方程由式(1)表示为：
其中，xi、yi、zi分别第i个磨粒的坐标，DH是孔直径，Dt是刀具直径，nt是刀具公转转速，n为铣磨刀具回转速度,Z为所述铣磨刀具周向截面磨粒数，A是超声横向圆形振动的振幅，f是超声横向圆形振动的频率，fa是轴向进给速度。
相邻两磨粒之间相位差的振动相位差由式(2)表示为：
其中，
为相邻两次切削间隔包含的相位差，f为超声横向圆形振动频率，n为所述铣磨刀具回转速度，Z为所述铣磨刀具周向截面磨粒数，ft是刀具的公转速度，Dt是刀具直径，INT()是向下取整函数，fzt是切向每齿进给量，A是超声圆形振动的振幅。
从上式(2)可以看出，铣磨刀具回转速度n是相位差
的主要影响因素，因此根据式(2)，通过设定铣磨刀具的回转速度可以使切削过程中存在预设的相位差。
具体地，要实现硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨加工，相位差
的优先范围是[30°，90°]，因此铣磨刀具回转速度n的范围由式(3)表示为：
并且，切向每齿进给量fzt要小于2倍的超声振动振幅，具体表示为：
本实施例中，铣磨刀具在切削过程中采用润滑剂为植物油或油脂的微量润滑干切削方式。
采用对人体无害的植物油或者脂油，用量小且对环境更加友好。
实施例二
图5为本申请另一个实施例中的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法加工工艺流程图，本实施例在实施例一的基础上，对本实施例的具体实现过程进行了详细说明。以下结合图5对本实施例方法的工艺流程进行具体说明。
步骤1：分别调节超声振动***两路振动的激励电压和相位差，从而实现输出超声横向圆形振动。
具体地，超声横向圆形振动振幅范围为1～10μm，超声横向圆形振动频率范围为18～22KHz；
步骤2：使用激光位移传感器检测振幅，根据主轴转速、切向进给速度、轴向进给速度及刀具磨粒数，调整振幅和频率参数范围。
可以用滴管将一滴水滴到在刀具上，设置超声参数并加载超声，如果看到雾化现象或水在振动，说明刀具处于共振状态，且振动效果良好。
具体地，激光位移传感器可以是LK-G5001V、HG-C1100等类型。
步骤3：安装工件和刀具。具体包括：
将硬脆材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三轴数控铣床上，硬脆材料不需要预制通孔；
选择电镀或钎焊金刚石磨头，并将该刀具安装在超声刀柄上；
进一步地，刀具参数为：刀具直径为0.2～1mm，磨粒粒度为500～1000目，刀具磨粒间隔10～20μm，基体为硬质合金，结合剂为镍基结合剂；
在硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨过程中，采用微量润滑干切削方式，润滑油采用对人体无害的植物油或脂油，用量小且对环境友好。
步骤4：通过调节回转速度控制铣磨刀具磨粒的动态后角范围为[30°，60°]，避免铣磨刀具磨粒在波动式超声加工下减少后刀面对硬脆材料已加工表面的熨压，减少裂纹和纤维拔离，提高硬脆材料表面完整性。
动态后角由公式(5)得出：
其中，α为动态后角，α′0为刀具名义后角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间。
通常，当采用波动式超声加工方法铣磨加工硬脆材料时，磨粒切削时后角动态变化，后刀面往往对材料表面产生熨压，使得材料表面产生裂纹、纤维拔离等不利影响，因此，通过控制磨粒在加工过程中的动态后角变化范围，尽可能的避免熨压带来的损伤。当然，后角也不能过大，当后角太大时，会削弱刃口和刀刃部分的强度与散热条件，降低刀具耐用度，因此，选用的后角范围是[30°，60°]。
通过调节回转速度控制铣磨刀具磨粒的动态前角范围为[-30°，-60°]，使刀具锋利化，动态前角由公式(6)得出：
其中，-γe为动态前角，-γ′e为刀具名义前角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间。
步骤5：设定铣磨刀具回转速度使切削过程中存在合适的相位差，实现主切削刃断续切削降低切削力，提高加工精度。相邻两磨粒之间相位差的振动相位差可由式(2)表示，此处不再赘述。
本实施例通过两次回转速度的调整，可以实现：
控制切削过程中动态后角在一个合理的范围，铣磨刀具磨粒在波动式超声加工下减少后刀面对硬脆材料材料表面的熨压，从而可减少裂纹和纤维拔离，进而提高硬脆材料表面精度和加工表面完整性；在加工过程中，控制切削过程中动态前角在一个合理的范围，使得磨粒前角变大，相比于普通无超声辅助铣磨加工方法，可使铣磨刀具磨粒在波动式超声加工下更加锋利，从而有效去除材料；。
再次通过设定铣磨刀具回转速度范围来控制切削过程中相位差在一个合理的范围，可以使得动态前角角度大时，刀具较为锋利，处于切削状态；动态前角小时，刀具不锋利，刀具处于空切状态；从而保证了刀具锋利时处于切削状态，能更好地去除材料，又能保证刀具不锋利时，刀具处于空切状态，从而实现主切削刃断续切削，降低了切削力和切削温度，提高了减少刀具磨损加工精度。
步骤6：将超声振动加工***与三坐标轴数控铣床连接，设置切削参数和超声参数。切削参数和超声参数，具体为：
加工用量包括铣磨刀具回转速度n，轴向每齿进给量fa，刀具直径Dt，刀具横向磨粒数Z，刀具公转速度ft，切向每齿进给量fzt，超声横向圆形振动频率振幅A，超声横向圆形振动频率f，以上参数在加工前直接设定。
步骤7：开启机床进行微孔铣磨试验，具体为：
在旋转轴的带动下，铣磨刀具与工件保持相对旋转运动，在超声圆形振动作用下，实现对硬脆材料波动式超声铣磨加工，对试验结果进行分析，得到最佳的工艺参数；
按照试验结果得到的最佳工艺参数对硬脆材料进行微孔结构波动式超声铣磨加工。
此工艺可以一道工序可同时完成微孔的切削，提高加工效率。
图6为本申请另一个实施例中的磨粒前角及后角动态变化示意图。在硬脆材料微孔结构普通铣磨过程中，磨粒后刀面往往对已材料表面产生熨压，材料表面出现裂纹，影响加工质量。因此可以通过控制刀具后角动态变化范围，减少后刀面熨压区域，减少材料加工时出现裂纹和纤维拔离等现象，从而提高孔表面质量。
此外，动态前角角度大时，刀具较为锋利，处于切削状态；动态前角小时，刀具不锋利，刀具处于空切状态。这既保证了刀具锋利时处于切削状态，能更好地去除材料，又能保证刀具不锋利时，刀具处于空切状态，减少了刀具磨损。
本实施例选用电镀或钎焊金刚石磨头，通过多刃交叠波动加工的方式降低了单颗磨粒上的切削力，不会出现普通加工方法尚未入钻刀具就已经损毁的问题；通过调整合适的超声横向圆形振动相位差，实现了在几何短屑的区间内进行切削，最大程度上降低了切削力，并且给刀具切削过程中的散热提供了充足时间，避免刀具上的磨粒由于热量累计而脱落，避免了由于刀具磨损而导致加工无法进行情况；选择了合理的波动式超声铣磨工艺参数(主轴转速、超声振幅)，从工艺优化角度使加工中的切削力尽可能降低，从而使加工撕裂损伤降低，使得加工出的孔尺寸精度和形状精度都可以满足设计要求。
本实施例的硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法可用于直接一次性制孔，也可用于其他特种工艺(如激光打孔)加工的初孔的精加工。
本实施例的硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法可用于微斜孔铣磨加工。通常，在发动机热端部件气膜孔是斜孔，然而，目前斜孔加工存在以下难点：(1)在加工斜孔出入口时，刀具对工件形成单边切削，孔入口和出口传统铣磨刀具承受很大的横向力，刀具让刀量大，容易产生颤振，导致孔精度容易超差，甚至刀具折断。图7为本申请另一个实施例中的硬脆材料波动式超声铣磨斜孔示意图，如图7所示，通过本实施例的硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法波动式超声螺旋铣磨斜孔单边时，由于侧刃吃刀量小，横向切削力小，对斜孔孔精度有很好的降力、抑振作用，从而减弱了刀具的让刀现象，进而保证了孔加工的精度要求、孔出入口表面质量。
本实施例的硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法还可用于铣磨精加工修整。图8为本申请另一个实施例中的硬脆材料波动式超声铣磨精加工修整示意图，如图8所示，传统激光打孔易产生锥形孔、出口撕裂、孔壁损伤等现象，往往需要进行后续精加工。通过本实施例的波动式超声铣磨加工方法对锥形初孔剩余材料进行精加工去除、修整，可以获得高精度、高表面质量、低损伤的微孔。
实施例三
图9为本申请又一个实施例中的波动式超声加工硬脆材料微孔示意图，如图9所示，以下对通过本实施例的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法加工20mm×20×5mm薄板的过程进行具体说明。
S1：分别调节超声振动***两路振动的激励电压和相位差，从而实现输出超声横向圆形振动，超声横向圆形振动振幅范围为5μm，所述超声横向圆形振动频率范围为20KHz；
S2：使用激光位移传感器LK-G5001V检测振幅，用滴管将将一滴水滴到在刀具上并加载超声，如果看到雾化现象或水在振动，说明刀具处于共振状态且振动效果良好；
S3：安装工件和刀具，具体为：
将硬脆材料切割成20×20×5mm薄板，装夹在三轴数控铣床BV100上，硬脆材料不需要预制通孔；选择电镀或钎焊金刚石磨头，并将该刀具安装在超声刀柄上；所述刀具参数为：刀具直径为0.5mm，磨粒粒度为800目，刀具端面的磨粒数为100，基体为硬质合金，结合剂为镍基结合剂；加工孔的直径在0.8mm；在硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨过程中，采用微量润滑干切削方式，润滑油采用对人体无害的植物油和脂油，用量小且对环境友好；
S4：设置铣磨加工参数，具体为刀具回转速度1000～4000rpm，轴向每齿进给量4～10μm/r，刀具直径0.5mm，刀具的公转速度50-100mm/min，切向每齿进给量0.01-0.1mm/r，刀具周向截面磨粒数100，刀具磨粒间隔10μm，超声振动频率20KHz，超声振动振幅5μm，在这些工艺参数范围下对波动式超声铣磨方法进行全因素试验。
S5：对试验结果进行分析，得到最佳的工艺参数并在工件上应用加工，最佳的工艺参数为：主轴转速2000rpm，刀具的公转速度50mm/min，切向每齿进给量0.01mm/r，进给速度6μm/r，刀具半径0.5mm，刀具横向圆周磨粒数齿数100，刀具磨粒间隔10μm，超声振动频率20KHz，超声振动振幅5μm。
本实施例的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，通过设计外激周期性超声横向圆形振动，合理控制波动轨迹间的相位差来控制硬脆材料微孔结构表面精度；具有刀具-工件断续分离、刀具寿命长以及切屑易断等优点，并且一次加工就能使制备的微孔满足加工精度要求，提高了硬脆材料微孔结构加工效率。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (8)
1.一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，该方法包括：
通过超声振动***对铣磨刀具分别施加两路互相垂直的弯曲振动，两路弯曲振动的合成轨迹与所述铣磨刀具的中心线垂直，使铣磨刀具在普通螺旋铣磨加工同时进行超声横向圆形振动，实现微孔结构波动式超声铣磨加工；该方法还包括：
通过设定所述铣磨刀具的回转速度，控制切削过程中所述铣磨刀具具有预设的动态角度以及相邻刀具具有预设的相位差；
设定所述铣磨刀具的回转速度的步骤包括：
步骤S1、在加工前，通过调节所述回转速度控制所述铣磨刀具磨粒的动态后角范围为[30°，60°]和/或通过调节所述回转速度控制所述铣磨刀具磨粒的动态前角范围为[-30°，-60°]，所述动态后角由如下公式得出：
其中，α为动态后角，α′0为刀具名义后角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间；
所述动态前角由如下公式得出：
其中，-γe为动态前角，-γ′e为刀具名义前角，f为超声横向圆形振动的频率，A为超声圆形振动的振幅，n为所述铣磨刀具回转速度，Dt为刀具直径，t为时间；
步骤S2、通过设定所述回转速度，使切削过程中存在的[30°，90°]的相位差。
2.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，所述铣磨刀具的回转速度与切削过程中的相位差的关系表示为：
其中，
为相邻两次切削间隔包含的相位差，f为超声横向圆形振动频率，n为所述铣磨刀具回转速度，Z为所述铣磨刀具周向截面磨粒数，ft是刀具的公转速度，Dt是刀具直径，INT()是向下取整函数，fzt是切向每齿进给量，A是超声圆形振动的振幅。
3.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，所述铣磨刀具的直径为0.2～1mm，磨粒粒度为500～1000目，刀具磨粒间隔10～20μm，基体为硬质合金，结合剂为镍基结合剂。
4.根据权利要求3所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，所述铣磨刀具为电镀或钎焊金刚石磨头。
5.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，被加工孔的直径范围为0.3～2mm。
6.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，所述超声横向圆形振动的振幅为1～10μm，所述超声横向圆形振动的频率为18～22KHz。
7.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，所述铣磨刀具在切削过程中采用润滑剂为植物油或油脂的微量润滑干切削方式。
8.根据权利要求1所述的一种硬脆材料微孔结构波动式超声铣磨方法，其特征在于，该方法用于直接一次性制孔或其他特种工艺加工的初孔的精加工。
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