基于切削液超声空化与刀具振动复合的微小孔钻削方法

技术领域

本发明属于精密制造领域，具体涉及一种基于切削液超声空化与刀具振动 复合的微小孔钻削方法。

背景技术

微小孔零件越来越多的应用在航空、航天、船舶、动力、微电子和医疗器 械等国家重要行业，如航空航天惯性陀螺的仪表元件、航空/汽车/船舶发动机的 喷油嘴、涡轮发动机叶片的气膜冷却孔、计算机打印头、印刷电路板等，这些 具有微小孔的零件多为高强度钢、不锈钢等耐高温、耐腐蚀、高强度的难加工 材料。随着高性能、新型难加工材料的不断出现以及微孔加工精密要求的不断 提高，传统的钻削工艺已不能满足微小孔的加工质量需求。

微小孔长径比大、孔径小，对钻削工艺装备、工艺控制等带来了极大困难。 微小孔普通钻削加工时，断屑排屑困难，切屑经过的路径较长，易发生堵塞， 加剧切屑与孔壁之间的摩擦和划伤，严重影响了刀具的寿命和孔的表面质量； 且由于钻削力和扭矩较大及刀具径向力不平衡均引起钻削时刀具发生偏移倾斜 现象，造成被加工孔的尺寸和形状的精度降低。针对上述微小孔的加工特点， 需要对传统的钻削工艺方法进行改进，设计合理的钻削方案，实现微小孔的质 量要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于切削液超声空化与刀具振动复合的微小 孔钻削方法，该方法能够针对微小孔钻削加工的特点，提高断屑排屑能力，降 低钻削力和扭矩，提高孔的表面质量和尺寸形状精度，可实现微小孔的精密钻 削。

实现本发明的实施方案如下：

基于切削液超声空化与刀具振动复合的微小孔钻削方法，该方法是基于微 小孔超声空化辅助振动钻削实验平台进行操作的，该实验平台包括：钻削主轴、 钻削刀具、切削液和箱体；其主要步骤如下：

步骤1、将钻削刀具装卡在钻削主轴上，通过钻削主轴的振动功能对所述钻 削刀具施加超声波轴向振动，振动频率在N₁kHz-N₂kHz之间，振动方向与钻头 轴线方向一致。

步骤2、将待加工的零件放置于装有切削液的箱体内，使所述切削液的液位 超过所述零件高度。

步骤3、设置切削液超声振动装置，该装置主要由换能器、变幅杆、振动杆 和超声波发生器组成；将所述振动杆的一端安置于切削液中，并保证振动杆轴 线与待加工的微小孔轴线夹角在S₁～S₂之间，所述振动杆的尖端距离微小孔零件 在F₁mm-F₂mm之间。

步骤4、超声波发生器利用换能器和变幅杆的相互作用对所述振动杆实施超 声波轴向振动，振动频率在D₁kHz-D₂kHz之间，振动方向与振动子轴向方向一 致。

步骤5、选用钻削主轴转速为L₁r/min～L₂r/min，钻削进给为 M₁mm/min～M₂mm/min，加工一个直径为hmm的微小孔。

进一步地，所述振动频率的N₁＝20，N₂＝40。

进一步地，所述振动杆轴线与钻头轴线夹角：S₁＝30°，S₂＝60°，所述振动 杆的尖端距离微小孔零件：F₁＝1，F₂＝3。

进一步地，所述钻削主轴转速：L₁＝1800，L₂＝2400；所述钻削进给：M₁＝5， M₂＝10。

进一步地，超声波发生器对振动杆实施超声波轴向振动，振动频率：D₁＝20， D₂＝50。

进一步地，所述切削液采用水基切削液。

有益效果：

(1)本发明利用钻削主轴的振动功能对钻削刀具施加振动，实现钻削刀具 对微小孔零件的振动钻削加工。在振动钻削过程中，由于钻削刀具与工件周期 性的分离，其运动速度的大小和方向在不断的变化，使切削力变成脉冲力，实 际切屑厚度也周期性变化，所以本发明能有效地减小了钻削力，降低了钻削温 度，提高了断屑排屑能力。

(2)本发明采用一套超声振动装置对切削液进行超声振动作用。这将激发 切削液的超声空化效应，相当于对孔壁实施了超声清洗，切屑在切削液的振动 作用下很容易排出，减少了切屑在孔壁表面的粘附以及残留切屑摩擦划伤孔壁 的情况。

附图说明

图1为本发明的微小孔超声空化辅助振动钻削实验平台。

其中，1-钻削主轴，2-钻削刀具，3-切削液，4-零件，5-箱体，6-换能器， 7-变幅杆,8-振动杆，9-超声波发生器，10-微小孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于切削液超声空化与刀具振动复合的微小孔钻削方 法，其中微小孔超声空化辅助振动钻削实验平台包括：钻削主轴1、钻削刀具2、 切削液3和箱体5；

基于切削液超声空化与刀具振动复合的微小孔钻削方法，其主要步骤如下：

(1)将钻削刀具2装卡在钻削主轴1上，如图1所示，通过钻削主轴1的 振动功能对钻削刀具2施加超声波轴向振动，振动频率在20kHz-40kHz之间， 振动方向与钻头轴线方向一致。

(2)将待加工的零件4放置于装有水基切削液3的箱体5内，使切削液3 的水位超过零件4高度。

(3)设置切削液超声振动装置，该装置由超声波发生器9、换能器6、变 幅杆7和振动杆8组成；将振动杆8的一端安置于切削液3中，并保证振动杆8 的轴线与待加工的微小孔10的轴线夹角在30°～60°之间，所述振动杆8的尖端 距离微小孔10在1mm-3mm之间。

(4)超声波发生器9利用换能器6和变幅杆7的相互作用对振动杆8实施 超声波轴向振动，振动频率在20kHz-50kHz之间，振动方向与振动杆8轴向方 向一致。

(5)钻削主轴1的转速为18000r/min～24000r/min，钻削进给为 5mm/min～10mm/min，加工一个0.2mm的微小孔10。

本发明利用钻削主轴的振动功能对钻削刀具施加振动，实现钻削刀具对微 小孔零件的振动钻削加工。在振动钻削过程中，由于钻削刀具与工件周期性的 分离，其运动速度的大小和方向在不断的变化，使切削力变成脉冲力，实际切 屑厚度也周期性变化，所以本发明能有效地减小了钻削力，降低了钻削温度， 提高了断屑排屑能力。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。