寧波材料所所屬先進制造技術研究所激光與智能能量場制造團隊在旋轉(zhuǎn)超聲加工領域進行了一定的積累并取得新的進展,針對K9光學玻璃材料,加工了各類型腔、表面、孔、薄壁以及復雜曲面等特征。
圖1.
課題組成員自行搭建了三軸聯(lián)動超聲輔助加工系統(tǒng),超聲振動頻率可達19000Hz以上。在該自主搭建的超聲輔助加工系統(tǒng)上進行的部分孔、凸臺、型腔等特征加工試驗(圖1),發(fā)現(xiàn):使用合理的工藝參數(shù),采用空間螺旋插補進刀及超聲輔助三坐標聯(lián)動空間螺旋銑削K9光學玻璃產(chǎn)生的孔特征邊緣無崩邊,孔壁及孔底質(zhì)量均比較理想;帶超聲或無超聲加工相同特征效果會有差別,如無超聲輔助三角形型腔銑削后,加工底面會有較明顯的刀痕:不同工藝參數(shù)對加工效果影響顯著,如采用較大的切削深度時,銑削的方形或圓形型腔外邊特征會出現(xiàn)崩邊等缺陷特征;而采用合適的切削深度和走刀策略會產(chǎn)生理想的加工特征,如右側(cè)的曲面?zhèn)缺谛颓弧?nbsp;
DMG ultrosonic 80 eVo linear超聲輔助五軸聯(lián)動加工機床(圖2)加工的平面、傾斜面、孔、環(huán)以及薄壁等特征(圖3)。該DMG加工系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)速18000r/min,X、Y、Z行程分別為850mm、650mm、550mm。使用超聲刀柄,可自動搜頻,同時,可手動調(diào)整頻率與振幅。所加工的特征中,傾斜平面與Z軸夾角45°,并在斜面上銑削加工了直徑8mm的孔特征,在圓形凸臺內(nèi)加工出1mm圓環(huán)薄壁。使用直徑6mm中空金剛石電鑄刀具加工平面薄壁特征時,進給速度為600mm/min,主軸轉(zhuǎn)速為5500r/min,切寬2.4mm,切深0.03mm,最小薄壁厚度達0.3mm,取得了理想的加工效果。
圖2. DMG ultrosonic 80 eVo linear超聲輔助五軸聯(lián)動加工系統(tǒng)
圖3.多軸旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的傾斜表面/孔/凸臺/薄壁等特征
圖4.旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的復雜曲面
圖5.
前期的旋轉(zhuǎn)超聲加工試驗為該復合加工工藝的應用奠定了一定的工藝基礎。團隊已具備復雜幾何特征光學硬脆材料的加工能力,打通了CAD、CAM、計算機虛擬加工仿真、后處理以及零部件或模具產(chǎn)品實際加工等整條加工技術鏈,可為復雜幾何特征零部件的高性能加工提供堅實的技術支持。
目前,正在進一步進行科學機理與工藝規(guī)律的研究。在機理研究與工藝規(guī)律探索方面的推進,將為旋轉(zhuǎn)超聲加工性能的改善及加工效果的大幅提升提供強有力的支撐。
在DMG系統(tǒng)上旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的復雜曲面CAD模型、CAM刀軌及加工效果(圖4),光學玻璃復雜曲面加工效果理想。加工區(qū)域A1(圖5)局部形貌檢測結(jié)果,檢測區(qū)域的表面粗糙度Ra大約0.65μm。
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