TC4钛合金纵弯超声振动铣削装置及其加工性能研究

摘要

TC4钛合金因其优异的综合机械性能在航空、航天工业中得到了广泛应用,但其高塑性和低导热系数引起的刀具–切屑黏附是制约其铣削加工性能提升的一个关键因素。针对TC4钛合金铣削加工性能提升的需求,提出了一种基于刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的加工方式,通过控制刀具纵弯复合超声振动的幅值和相位实现可控的间歇式切削,降低刀具–切屑黏附,从而提高TC4铣削加工质量。首先,从理论上解析了刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的运动学原理,据此设计并制造了刀具纵弯复合振动轴,与高速铣削主轴安装后刀尖的径向跳动低于20μm。其次,搭建了三轴联动纵弯复合超声振动辅助铣削加工装置,据此进行了TC4钛合金纵弯复合超声振动辅助微铣削加工试验,并对试验结果进行了表征分析。结果显示,与普通铣削相比,对刀具施加纵弯复合超声振动有效地降低了切削力、毛刺生成和刀具磨损,并提升了表面加工质量,证明了应用刀具纵弯复合超声振动辅助提升TC4钛合金铣削加工性能的可行性。