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超聲振動(dòng)輔助車削加工應(yīng)用案例   

摘要：超聲振動(dòng)輔助車削是一種將超聲振動(dòng)與普通車削相結(jié)合的復(fù)合加工方式。與傳統(tǒng)車削不同的是，超聲振動(dòng)車削通過在刀具或工件上施加周期性的高頻振動(dòng)，可以改變傳統(tǒng)切削過程中刀具和工件始終接觸的狀況，使得刀具與工件之間產(chǎn)生周期性的接觸和分離，減少了刀具和工件接觸時(shí)間，從而有效降低平均切削力和切削溫度，提高工件的表面質(zhì)量，同時(shí)延長了刀具的壽命。

超聲加工時(shí)，超聲波振動(dòng)系統(tǒng)是整套設(shè)備最核心的部分，設(shè)計(jì)復(fù)雜，主要為系統(tǒng)提供功率超聲振動(dòng)，使振幅和頻率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動(dòng)以一定靜壓力壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)。工具端部通過磨料不斷地捶擊工件，使加工區(qū)的工件材料粉碎成很細(xì)的微粒，加工出與工具相應(yīng)的形狀。

關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)，超聲車削，刀具

一、項(xiàng)目簡介

本試驗(yàn)方法將使用超聲振動(dòng)車削通過刀具上施加某種有規(guī)律的、可控的振動(dòng)，使車削速度、車削深度發(fā)生周期性的改變，從而獲得特殊車削效果的方法。使用超聲高頻振動(dòng)車削，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具壽命和工件加工質(zhì)量，同時(shí)加工后的材料也減少了淬火工藝，給企業(yè)提成了生產(chǎn)效率，降低了成本。

圖1超聲波加工示意圖

為了解決延長刀具壽命和減少淬火工藝這一難題，蘇州xxxxx有限公司與我們公司共同合作了超聲波車削加工設(shè)備，該設(shè)備具有功率大，投資少、安裝簡易、實(shí)驗(yàn)效果穩(wěn)定等特點(diǎn)。

二、超聲波振動(dòng)輔助加工設(shè)備項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)

與普通車削相比，采用軸向超聲振車削加工方式，超聲振幅越小，表面粗糙度的改善效果越明顯；當(dāng)進(jìn)給量由5μｍ/ｒ增加到25μｍ/ｒ，超聲振動(dòng)車削的主切削力降低了17%-21%，表面粗糙度降低了21%-28%；隨著切削速度的增大，超聲振動(dòng)車削的表面粗糙度和切削力先下降后上升，存在最佳切削速度范圍，表面粗糙度最多可降低29.9%，切削力最多可降低30.1%，刀具延長壽命達(dá)12小時(shí)。

超聲波振動(dòng)輔助加工設(shè)備的特點(diǎn)：

?工件表面無撕裂與拉溝現(xiàn)象，表面粗糙度降低。

?工具對(duì)工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件。

?被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或強(qiáng)度、韌性越大則越難加工。

?由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應(yīng)比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。

?可以與其他多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲振動(dòng)切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。 超聲加工主要用于各種硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔（包括圓孔、異形孔和彎曲孔等）、切割、開槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。

?切削力大及溫度幅度降低，工件壽命大幅度提高。

?提高已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性，使其使用壽命提高。

?延長刀具壽命。

三、    項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)施

該項(xiàng)目已于2024年6月份在蘇州xxxxx有限公司進(jìn)行了試驗(yàn)，同時(shí)也得到了蘇州xxxxx大學(xué)的支持。通過設(shè)定超聲波設(shè)備的最佳功率及現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的要求，對(duì)客戶實(shí)驗(yàn)起到了很好的效果。

圖2超聲波輔助車削加工現(xiàn)場圖

四、項(xiàng)目應(yīng)用體會(huì)

本設(shè)備采用杭州國彪超聲設(shè)備有限公司生產(chǎn)的智能數(shù)控超聲波GBS-UGX15A加工設(shè)備，通過系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)達(dá)到用戶要求。本設(shè)備主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、研究所和生產(chǎn)廠商，對(duì)材料的抗磨性能做測量，比較和評(píng)價(jià)。此系統(tǒng)具有自動(dòng)開機(jī)頻率搜索，運(yùn)行過程中自動(dòng)跟蹤頻率，功率可調(diào)整等，如果設(shè)備出現(xiàn)問題可以及時(shí)斷電，避免對(duì)整體控制系統(tǒng)造成影響。整個(gè)設(shè)備操作方面，無需設(shè)備開機(jī)前進(jìn)行設(shè)置，全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制要求，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。