一种低温冷却的含能材料切削方法与流程

[0001]
本发明涉及含能材料机械加工特种装备技术领域，具体涉及一种低温冷却的含能材料切削方法。


背景技术：

[0002]
含能材料如推进剂、战斗部药柱等通过熔铸、压铸成型后的精度若不能满足战术特性要求，需要采用机械加工的手段进行进一步切削制造，但是加工过程中切削区域的温度控制一直限制着高效切削的实现。新型含能材料制品特征趋于复杂、精度要求更高的现状，常规的加工方法在药柱精密成型方面的困难越来越多，尤其在试制或多品种小批量生产过程中，这种矛盾越来越突出。


技术实现要素：

[0003]
本发明提供一种低温冷却的含能材料切削方法，用于提升切削过程的安全可靠性。
[0004]
本发明通过下述技术方案实现：
[0005]
一种低温冷却的含能材料切削方法，采用含能材料作为工件，用于切削的切削机床包括主轴夹具、红外热成像仪、刀杆、冷却介质释放装置和主轴，所述主轴夹具与主轴连接，所述红外热成像仪、刀杆和冷却介质释放装置位于主轴外部，所述刀杆与冷却介质释放装置连接，所述一种低温冷却的含能材料切削方法包括加工阶段的双阈值控制过程：
[0006]
为所述工件采用的含能材料的安全温度和安全压力赋予一定的安全系数得到安全阈值，所述安全阈值包括温度阈值和压力阈值，其中所述含能材料的安全温度和安全压力通过含能材料特性计算得到；
[0007]
把所述工件和所述刀杆接触的切削区域的数据折算为切削过程的温度特征值和压力特征值，再调整参数1控制所述温度特征值始终小于温度阈值，使切削区域保持低温状态，所述参数1包括所述冷却介质释放装置的冷却介质温度、冷却介质流量和冷却介质压力；调整切削参数2控制切削区压力始终保持在压力阈值内，使切削区域保持安全压力，所述参数2包括所述刀杆切削时的切削速度、吃刀量和进给速度；所述温度特征值和压力特征值控制形成双阈值低温冷却下的最优化切削状态。
[0008]
进一步，所述刀杆包括接触压力传感器，所述冷却介质释放装置包括冷却介质的温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述主轴包括主轴扭矩传感器、主轴振动传感器。
[0009]
进一步，还包括所述加工阶段之前的准备阶段，所述准备阶段具体步骤为：
[0010]
s1：机床根据所述工件采用的含能材料特性，选取低温气体或液体介质作为冷却介质；
[0011]
s2：机床根据所述工件毛坯外形特征，将异形件毛坯装夹到过渡工装上或准备好回转体毛坯；
[0012]
s3：机床根据所述工件加工需求，可将所述过渡工装或所述回转体毛坯装夹到机
床的所述主轴夹具上，也可将过渡工装或回转体毛坯装夹到工作台上；
[0013]
s4：通过伺服机构进行定位调整后，由气动元件夹紧过渡工装或回转体毛坯；
[0014]
s5：根据步骤s1含能材料特性和步骤s4中的装夹情况，设定所述刀杆的刀具切削路径；
[0015]
s6：根据步骤s5中的刀杆的刀具切削路径和相对空间位置，通过三维仿真软件生成工艺路径文件，并转换为机床的加工代码；
[0016]
s7：将步骤s6生成的加工代码发送给机床后做好加工前准备，并同步设置好测量切割区域温度的红外热成像仪，使之对准切削区域；
[0017]
s8：初始化所述接触压力传感器、主轴扭矩传感器、主轴振动传感器、冷却介质的温度传感器、流量传感器和压力传感器。
[0018]
进一步，所述加工阶段具体步骤为：
[0019]
s9：双阈值控制：启动机床加工，根据含能材料特性、经验数据等理论计算得到安全温度和安全压力，赋予所述安全温度和安全压力一定的安全系数得到切削过程的安全阈值，所述安全阈值包括温度阈值和压力阈值；把所述工件和所述刀杆接触的切削区域的数据折算为切削过程的温度特征值和压力特征值，再调整参数1控制所述温度特征值始终小于温度阈值，使切削区域保持低温状态，所述参数1包括所述冷却介质释放装置的冷却介质温度、冷却介质流量和冷却介质压力；调整切削参数2控制切削区压力始终保持在压力阈值内，使切削区域保持保持安全压力，所述参数2包括所述刀杆切削时的切削速度、吃刀量和进给速度；温度特征值和压力特征值控制形成双阈值低温冷却下的最优化切削状态；同时调整参数时会影响切削区域的数据的实时采集。
[0020]
s10：根据所述工件加工要求，自动加工；
[0021]
s11：根据设置的重要尺寸检测点，通过在线测量装置进行检测并反馈到加工程序进行修正；
[0022]
s12：根据所述工件最终加工工艺要求完成加工。
[0023]
进一步，步骤s1中所述低温气体选用液氮或干冰经气化装置后的气态介质，所述液体介质选用经冷却后的低温纯净水。
[0024]
进一步，步骤s2的具体操作为：以工件采用的含能材料毛坯外形特征和加工后的形状确定适配的切削方式和装夹方式。
[0025]
进一步，切削区域的数据实时采集，所述数据包括温度、主轴扭矩、主轴振动、切削接触压力。
[0026]
进一步，步骤s11中的的具体操作为：加工过程中，设置关键尺寸检测点，通过接触式测量装置进行精度测量，并与机床系统形成闭环。
[0027]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0028]
本发明通过温度特征值和压力特征值控制形成双阈值低温冷却下的最优化切削状态，使切割区域处于安全阈值内，即温度阈值和压力阈值内，可有效提升切削过程的安全可靠性。
附图说明
[0029]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部
分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0030]
图1为本发明调双阈值控制的流程示意图；
[0031]
图2为本发明的结构示意图。
[0032]
其中标号：1-工件，2-主轴夹具，3-红外热成像仪，4-刀杆，5-冷却介质释放装置，6-主轴。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0034]
实施例：
[0035]
准备阶段：
[0036]
s1：机床根据所述工件1采用的含能材料的特性，选取低温气体或液体介质。低温气体通常选用液氮或干冰经气化装置后的气态介质(-190℃或-50℃左右)，液体介质通常选用经冷却后的低温纯净水(4～10℃)，以不影响含能材料特性和后续处理为准。
[0037]
s2：机床根据所述工件采用的含能材料毛坯外形特征，将异形件毛坯装夹到过渡工装上或准备好回转体毛坯。以材料毛坯外形特征和加工后的形状确定切削方式和装夹方式，如为异形件毛坯，将其装夹到过渡工装上，采用铣削为主的复合加工方式；如为回转体毛坯，将其直接装夹到机床主轴夹具上，采用车削为主的复合加工方式。
[0038]
s3：机床根据所述工件采用的含能材料加工需求，可将过渡工装或回转体毛坯装夹到机床主轴夹具2上，也可将过渡工装或回转体毛坯装夹到工作台上。
[0039]
s4：通过伺服机构进行定位调整后，由气动元件夹紧过渡工装或回转体毛坯。
[0040]
s5：根据步骤s1含能材料特性和步骤s4中的装夹情况，设定刀具切削路径。
[0041]
s6：根据步骤s5中的刀具切削路径和相对空间位置，通过三维仿真软件生成工艺路径文件，并转换为机床的加工代码。
[0042]
s7：将步骤s6生成的加工代码发送给机床后做好加工前准备，并同步设置好高精度红外热成像仪3，使之对准切削区域。
[0043]
s8：初始化刀杆4上的力传感器，还有主轴6的主轴扭矩传感器、主轴振动传感器和冷却介质释放装置5的温度、流量和压力传感器。
[0044]
加工阶段：
[0045]
s9：双阈值控制：启动机床加工，根据含能材料特性、经验数据等理论计算得到安全温度和安全压力，赋予所述安全温度和安全压力一定安全系数得到切削过程的安全阈值，所述安全阈值包括温度阈值和压力阈值；实时采集切削区域数据，所述数据包括温度、主轴扭矩、主轴振动、切削接触压力，切削区域数据由数学模型折算为切削过程的温度特征值和压力特征值，所述温度特征值通过调整参数1控制温度特征值始终小于温度阈值，使切削区域保持低温状态；所述压力特征值调整参数2控制切削区压力始终保持在压力阈值内，使切削区域保持安全压力，温度特征值和压力特征值控制参数形成双阈值低温冷却下的最优化切削状态；调整参数时会影响切削区域的数据的实时采集；所述参数1包括冷却介质温度、冷却介质流量和冷却介质压力；所述参数2包括切削速度、吃刀量和进给速度。
[0046]
s10：根据工件加工要求，自动加工。
[0047]
s11：根据设置的重要尺寸检测点，通过在线测量装置进行检测并反馈到加工程序进行修正加工过程中，设置关键尺寸检测点，通过接触式测量装置进行精度测量，并与机床系统形成闭环。
[0048]
s12：根据工件最终加工工艺要求完成加工。
[0049]
本实施例通过温度特征值和压力特征值控制参数形成双阈值低温冷却下的最优化切削状态，使切割区域处于安全阈值内，即温度阈值和压力阈值内，可有效提升切削过程的安全可靠性。
[0050]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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