一种陶瓷件加工方法与流程

1.本发明涉及陶瓷件加工领域，具体涉及一种超声波加工陶瓷件方法。


背景技术：

2.陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、强度高、耐腐蚀等优良性能，可以被用于加工机械、电子、航空天航天、化工等领域的机械部件；陶瓷材料拥有优良性能同时，由于具有极高的硬度和脆性，其成形加工十分困难，特别是陶瓷材料成形孔的加工尤为困难；对于陶瓷材料加工使用的推广造成很大困难。
3.传统陶瓷材料加工方法采用机床带动传统刀头进行加工，加工后表面粗糙，刀具磨损损耗严重，且加工效率低，当提高加工速率时，会出现陶瓷损坏、崩渣现象；
4.超声波加工工具出现后，考虑用超声波加工工具对陶瓷部件进行加工，但是由于陶瓷的高硬度与脆性，当提高超声波的频率、振幅进行加工时，可以提高效率，降低表面粗糙度，但是加工时陶瓷件出现崩渣、损坏，成品率低；
5.如何解决陶瓷部件加工效率低问题、成品率低问题以及表面粗糙的问题，成为本领域一个难题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种陶瓷件加工方法，通过根据陶瓷坯体待加工面的加工要求，选取加工的超声波刀具，安装并对刀，将陶瓷坯体的上端面和刀具的下端面调整在同一基准线；根据陶瓷坯体加工要求以及选用的刀具类型，设定机床粗加工参数，所述粗加工参数包括设定第一吃刀量、第一进给速率；根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅，开启超声波发生器；解决陶瓷部件加工效率低问题、成品率低问题以及表面粗糙的问题。
7.根据本发明的一个方面提供了一种陶瓷件加工方法，包括以下步骤：
8.将陶瓷坯体固定安装在支撑平台上；
9.根据陶瓷坯体待加工面的加工要求，选取加工的超声波刀具，安装并对刀，将坯体的上端面和刀具的下端面调整在同一基准线；
10.根据陶瓷坯体加工要求以及选用的刀具类型，设定机床粗加工参数，所述粗加工参数包括设定第一吃刀量、第一进给速率；
11.根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅，开启超声波发生器；
12.启动机床，对陶瓷坯体待加工面进行粗加工；
13.所述陶瓷坯体各待加工面粗加工完毕后，设定机床精细加工参数，所述精细加工参数包括设定第二吃刀量、第二进给速率第二吃刀量小于第一吃刀量、第二进给速率大于第一进给速率；
14.设定精细加工时超声波发生器的第二频率、第二振幅；
15.进行精细加工，即得；加工后陶瓷部件表面粗糙度≤0.1μm，成品率≥95％；优选表面粗糙度≤0.08μm；
16.具体优选，将陶瓷坯体装卡到支撑平台的平口钳上，用平口钳夹住底面4mm，保证平口钳的定位钳的平行度不大于0.02mm，准备粗加工周侧面及上平面；
17.开启超声波发生器时，在单段加工程序与参数执行状态下，将光标移至程序第一段，先按机床超声电源键，再按“启动”，运行程序；
18.粗加工周侧面、上平面以及中间内凹槽时，在加工到图纸要求尺寸基础上留有1mm的精加工余量，保证上平面的平面度和侧周面的垂直度；粗加工完毕，停止运行超声波刀具，停止运行超声设备，在单步执行状态下，z方向摇出超声波刀具；
19.进行精细加工前，根据陶瓷坯体待精细加工面的加工要求更换超声波刀具。
20.本发明相对于现有技术的有益效果在于，通过对陶瓷坯体进行粗加工后，再进行精细加工，有利于提高加工效率，同时通过第二吃刀量小于第一吃刀量，实现精细加工时加工后表面粗糙度低，同时通过第二进给速率大于第一进给速率，避免了由于精细加工时吃刀量降低导致的负载降低引起的超声波加工刀具的振幅增大问题(降低超声波加工刀具的振幅会避免在加工时由于陶瓷的脆性导致开裂或者崩渣问题)；因此通过机床的吃刀量与进给速率配合，解决超声波加工时出现的崩渣或开裂问题，又有利于提高加工效率、降低陶瓷部件表面的粗糙度；
21.由于超声波加工刀具振幅的降低同时降低了超声波的效率以及不利于降低加工后陶瓷部件的粗糙度；通过增加超声波频率提高超声波加工的效率以及降低加工后陶瓷部件粗糙度；
22.通过根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅机床粗加工参数，所述粗加工参数包括机床的第一吃刀量、第一进给速率，既实现了有利于对不同加工面进行高效、精细加工，同时又避免了由于超声波刀具更换后造成的整体超声波、频率振幅发生变化导致的出现崩渣、开裂或者加工效率低、加工面粗糙问题；
23.通过结合机床的进刀量、进到速率实现了超声波刀具既有高频率又实现振幅较低，解决了超声波装置在实现高频率时振幅增加问题，最终实现加工陶瓷部件时不出现崩渣、开裂问题，提高加工效率，同时增加生产效率、降低陶瓷表面的粗糙度。
24.进一步的，设定机床粗加工参数时设定第一吃刀量与第一进给速率的比值为1.25
×
10-4-5
×
10-4
min；
25.设定机床精细加工参数时，设定第二吃刀量与第二进给速率的比值为5
×
10-5-1
×
10-4
min。
26.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过降低吃刀量在一定范围内，既避免了吃刀量太低加工效率低，同时又避免了吃刀量过大、超声波刀具负载较小振幅增加、出现崩渣的问题；通过尽量增加进给速率，增加超声波刀具负载降低振幅，同时有利于提高加工加工效率；
27.通过所述第一吃刀量与第一进给速率的比值为6
×
10-5-3
×
10-4
min，实现加工过程中，超声加工刀具切削时，在此比值下超声波刀具负载高降低超声波刀具的振幅，同时又能通过高的进刀速率有利于抵消由于超声波振幅降低造成的加工效率降低以及加工面粗糙度增加问题。
28.进一步的，所述第一频率为25500-40000hz、第一振幅为小于6um；所述第二频率为26000-40000hz、第二振幅为小于5um；
29.进一步优选第一频率为25500-30000hz，第一振幅为小于5um；所述第二频率为26000-30000hz，第二振幅为小于4um。
30.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，超声波加工刀具加工陶瓷坯体时，通过降低振幅避免了陶瓷出现崩渣或者开裂问题；通过所述频率既提高了加工效率以及降低表面粗糙度问题，同时避免频率过高时导致振幅增加过大问题以及超声波刀柄径向跳动和/或轴径向跳动过大问题；在所述范围内频率结合机床的进刀量、进到速率实现了超声波刀具第一振幅为小于5um，第二振幅为小于4um；最终实现加工陶瓷部件时不出现崩渣、开裂问题，提高加工效率，同时增加生产效率、降低陶瓷表面的粗糙度。
31.进一步的，所述第一频率小于所述第二频率。
32.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，所述第一频率小于所述第二频率，有利于解决出现精细加工时加工效率低于粗加工效率问题；由于第二吃刀量与第二进给速率的比值整体相对第一吃刀量与第一进给速率的比值偏低，因此精细加工时超声波刀具的振幅相对粗加工时更低，导致精细加工时效率降低。
33.进一步的，所述陶瓷坯体待加工面为周侧面或上平面或内凹槽面时，所述第一吃刀量为0.1-0.25mm，第一进给速率为≤800mm/min；所述第二吃刀量为0.01-0.1mm，第二进给速率为≤1000mm/min。
34.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，实现加工陶瓷坯体部件加工面为周侧面或上平面或内凹槽面时，在所述参数下加工时不出现崩渣、开裂问题，提高加工效率，同时增加生产效率、降低陶瓷表面的粗糙度。
35.进一步的，所述超声波刀具径向跳动≤0.05mm，超声波刀具轴径向跳动≤0.05mm。
36.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，提高了最终陶瓷部件的加工精度。
37.进一步的，所述陶瓷坯体待加工面进行打孔时，所述第二吃刀量为0.005-0.05mm；
38.进一步的，根据陶瓷坯体待加工面的加工要求选取超声波刀具时，所述陶瓷坯体待加工面进行打孔时，选用超声波刀具的加工部为圆锥型结构或圆锥台型结构，所述圆锥型结构、圆锥台型结构表面设有聚晶金刚砂；
39.优选所述圆锥台上表面直径为0.5-1.5mm，圆锥台下表面直径为8-12mm。
40.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，对所述陶瓷坯体待加工面进行打孔时，降低了与陶瓷坯体接触面积，避免了不出现崩渣、开裂问题；相对于其他加工刀具，所述超声波刀具加工端为圆锥形在打孔时，既避免了非超声波的圆锥形刀具在使用时不容易吃刀的问题提高了加工效率，同时又避免了其他刀具在打孔时，无效接触造成的陶瓷坯体损坏或崩渣问题；
41.最终避免了打孔时避免了不出现崩渣、开裂问题，提高加工效率，且加工刀具损耗低，同时增加生产效率、降低陶瓷表面的粗糙度；尤其是陶瓷坯体耐压强度为450-550mpa时，加工效率提高更明显。
42.进一步的，所述超声波发生器功率为10-82％，优选超声波发生器功率为70-82％。
43.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，有利于实现超声波刀具到达所需要的频率、振幅。
44.进一步的，所述陶瓷坯体耐压强度为50-120mpa时，所述机床主轴速为3000-25000r/min；所述陶瓷坯体耐压强度为450-550mpa时，所述机床主轴速为10000-30000r/min；优选所述陶瓷坯体耐压强度为50-120mpa时，机床主轴速为3000-5000r/min。
45.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，根据陶瓷件耐压强度的不同，选择不同的主轴转速提高加工效率，拟补在超声波刀具频率、振幅在一定范围内情况下，加工效率受限问题。
附图说明
46.图1为本发明内凹槽面示意图；
47.图2为本发明电镀金刚石圆锥台型超声波刀具示意图；
48.图3为本发明电镀金刚石圆锥型超声波刀具示意图；
49.图4为本发明pcd聚晶金刚石砂轮超声波刀具示意图；
50.图5为本发明t型金刚石砂轮超声波刀具示意图；
51.图6为本发明金刚石空心钻砂轮超声波刀具示意图。
具体实施方式
52.为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本发明作进一步说明。
53.实施例一：
54.本实施例提供了一种陶瓷件加工方法，包括以下步骤：
55.将陶瓷坯体固定安装在支撑平台上；具体将陶瓷坯体装卡到支撑平台的平口钳上，用平口钳夹住底面4mm，保证平口钳的定位钳的平行度不大于0.02mm，准备粗加工周侧面及上平面；所述陶瓷坯体参数：总长度不小于100mm，总高度不小于15mm，总宽度不小于18mm，所述陶瓷坯体为石英陶瓷，耐压强度为60mpa；
56.粗加工周侧面及上平面选用直径为10mm，粒度为80#的金刚石空心钻砂轮超声波刀具，安装后点检刀具径向跳动不大于0.05mm，刀具轴径向跳动不大于0.05mm；
57.根据陶瓷坯体待加工面的加工要求，选取加工的超声波刀具，安装并对刀，将坯体的上端面和刀具的下端面调整在同一基准线；
58.根据陶瓷坯体加工要求以及选用的刀具类型，设定机床粗加工程序与参数，所述粗加工参数包括第一吃刀量、第一进给速率；第一刀吃刀量为0.2mm，第一进给速率500mm/min，机床主轴转速为4000r/min；
59.根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅，超声功率为80％，第一频率为26550hz，第一振幅为4.9mm；开启超声波发生器；
60.启动机床，对陶瓷坯体待加工面进行粗加工，具体为定义完刀具起始点坐标后，先开启超声波发生器，记录超声频率和超声功率。在单段加工程序与参数执行状态下，将光标移至程序第一段，先按机床超声电源键，再按“启动”，运行程序；
61.粗加工周侧面及上平面时，在加工到图纸要求尺寸基础上留有1mm的精加工余量，保证上平面的平面度和侧周面的垂直度；粗加工完毕，停止运行超声波刀具，停止运行超声设备，在单步执行状态下，z方向摇出超声波刀具；
62.进行精细加工前，根据陶瓷坯体待精细加工面的加工要求更换超声波刀具；具体精加工周侧面及上平面，用直径为6mm的多刃pcd聚晶金刚石超声波刀具；对刀时，保证坯体的上端面和超声波刀具的下端面成一基准线。
63.所述陶瓷坯体各待加工面粗加工完毕后，设定机床精细加工参数，所述精细加工参数包括设定第二吃刀量、第二进给速率；第二吃刀量小于第一吃刀量、第二进给速率大于第一进给速率；具体第二吃刀量为0.1mm，第二进给速率600mm/min，机床主轴转速为4000r/min；
64.设定精细加工时超声波发生器的第二频率、第二振幅；超声功率为80％，第二频率为27115hz，第二振幅为4.5mm；
65.所述周侧面及上平面精细加工到要求尺寸，保证上平面的平面度，侧周面的垂直，停止运行超声波刀具，停止运行超声设备，在单步执行状态下，z方向摇出超声波刀具；
66.对陶瓷坯体中间内凹槽精加工，更换直径为35mm，粒度为120#的t型金刚石砂轮超声波刀具，安装后点检刀具径向跳动不大于0.05mm，刀具轴径向跳动不大于0.05mm；
67.加工后陶瓷部件表面粗糙度0.1μm，成品率95％。
68.实施例二：
69.本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
70.本实施例提供了一种陶瓷件加工方法，粗加工周侧面及上平面选用超声波刀具为180#，φ8的电镀金刚石圆柱砂轮超声波刀具；安装后点检刀具径向跳动不大于0.05mm，刀具轴径向跳动不大于0.05mm；
71.第一频率为27550hz，第一振幅为4.5mm，超声功率为70％；开启超声波发生器；
72.第一刀吃刀量为0.15mm，第一进给速率300mm/min，机床主轴转速为4000r/min；
73.陶瓷坯体精细加，粗加工周侧面及上平面选用超声波刀具为180#，φ8的电镀金刚石圆柱砂轮超声波刀具；
74.第二频率为28550hz，第二振幅为3.97mm，超声功率为60％；开启超声波发生器；
75.第二刀吃刀量为0.05mm，第二进给速率900mm/min，机床主轴转速为4000r/min；
76.待加工面进行打孔时，所述超声波刀具为180#φ8电镀金刚石圆锥型超声波刀具，具体超声波刀具加工部为圆锥型结构，所述圆锥表面设有聚晶金刚砂；所述第二吃刀量为0.05mm；
77.加工后陶瓷部件表面粗糙度0.09μm，成品率96％。
78.实施例三：
79.本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
80.本实施例提供了一种陶瓷件加工方法，所述陶瓷坯体为氮化硅陶瓷，耐压强度为490mpa；
81.粗加工周侧面及上平面选用超声波刀具为180#φ8电镀金刚石圆柱砂轮超声波刀具；
82.第一频率为27850hz，第一振幅为4.5mm，超声功率为75％；开启超声波发生器；
83.第一刀吃刀量为0.1mm，第一进给速率400mm/min，机床主轴转速为25000r/min；
84.陶瓷坯体精细加，粗加工周侧面及上平面选用超声波刀具为180#φ8电镀金刚石圆柱砂轮超声波刀具；
85.第二频率为28550hz，第二振幅为3.97mm，超声功率为60％；开启超声波发生器；
86.第二刀吃刀量为0.01mm，第二进给速率1000mm/min，机床主轴转速为20000r/min；
87.待加工面进行打孔时，所述超声波刀具180#φ8电镀金刚石圆锥台型超声波刀具，具体超声波刀具加工部为圆锥台型结构，所述圆锥台表面设有聚晶金刚砂，所述圆锥台上表面直径为1mm，圆锥台下表面直径为10mm；所述第二吃刀量为0.005mm；
88.加工后陶瓷部件表面粗糙度0.08μm，成品率97％。
89.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能。

技术特征：
1.一种陶瓷件加工方法，其特征在于，包括以下步骤：将陶瓷坯体固定安装在支撑平台上；根据陶瓷坯体待加工面的加工要求，选取加工的超声波刀具，安装并对刀，将坯体的上端面和刀具的下端面调整在同一基准线；根据陶瓷坯体加工要求以及选用的超声波刀具，设定机床粗加工参数，所述粗加工参数包括第一吃刀量、第一进给速率；根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅，开启超声波发生器；启动机床，对陶瓷坯体待加工面进行粗加工；所述陶瓷坯体各待加工面粗加工完毕后，设定机床精细加工参数，所述精细加工参数包括第二吃刀量、第二进给速率；第二吃刀量小于第一吃刀量、第二进给速率大于第一进给速率；设定精细加工时超声波发生器的第二频率、第二振幅；进行精细加工，即得。2.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，设定机床粗加工参数时，设定第一吃刀量与第一进给速率的比值为1.25
×
10-4-5
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10-4
min；设定机床精细加工参数时，设定第二吃刀量与第二进给速率的比值为5
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10-5-1
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10-4
min。3.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述第一频率为25500-40000hz、第一振幅为小于6um；所述第二频率为26000-40000hz、第二振幅为小于5um。4.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述第一频率小于所述第二频率。5.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述陶瓷坯体待加工面为周侧面或上平面或内凹槽面时，所述第一吃刀量为0.1-0.25mm，第一进给速率为≤800mm/min；所述第二吃刀量为0.01-0.1mm，第二进给速率为≤1000mm/min。6.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述超声波刀具径向跳动≤0.05mm，超声波刀具轴径向跳动≤0.05mm。7.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述陶瓷坯体待加工面进行打孔时，所述第二吃刀量为0.005-0.05mm。8.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，根据陶瓷坯体待加工面的加工要求选取超声波刀具时，所述陶瓷坯体待加工面进行打孔时，选用超声波刀具的加工部为圆锥型结构或圆锥台型结构；所述圆锥型结构、圆锥台型结构表面设有聚晶金刚砂。9.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述超声波发生器功率为10-82％。10.根据权利要求1所述的陶瓷件加工方法，其特征在于，所述陶瓷坯体耐压强度为50-120mpa时，所述机床主轴速为3000-25000r/min；所述陶瓷坯体耐压强度为450-550mpa时，所述机床主轴速为10000-30000r/min。

技术总结
本发明公开一种陶瓷件加工方法，包括以下步骤：将陶瓷坯体固定安装在支撑平台上；根据陶瓷坯体待加工面的加工要求，选取加工的超声波刀具，安装并对刀，将坯体的上端面和刀具的下端面调整在同一基准线；根据陶瓷坯体加工要求以及选用的刀具类型，设定机床粗加工参数，所述粗加工参数包括设定第一吃刀量、第一进给速率；根据选取加工的超声波刀具，设定超声波发生器的第一频率、第一振幅，开启超声波发生器；设定机床精细加工参数，所述精细加工参数包括设定第二吃刀量、第二进给速率；第二吃刀量小于第一吃刀量、第二进给速率大于第一进给速率；解决陶瓷部件加工效率低问题、成品率低问题以及表面粗糙的问题。问题以及表面粗糙的问题。问题以及表面粗糙的问题。


技术研发人员：孙增光 栾强 王洪升 姜立平 赵鲲 翟玲玉 谢青松 李伟远 李乐正
受保护的技术使用者：山东工业陶瓷研究设计院有限公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/3/8