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超声振动辅助车削加工应用案例   

摘要：超声振动辅助车削是一种将超声振动与普通车削相结合的复合加工方式。与传统车削不同的是，超声振动车削通过在刀具或工件上施加周期性的高频振动，可以改变传统切削过程中刀具和工件始终接触的状况，使得刀具与工件之间产生周期性的接触和分离，减少了刀具和工件接触时间，从而有效降低平均切削力和切削温度，提高工件的表面质量，同时延长了刀具的寿命。

超声加工时，超声波振动系统是整套设备最核心的部分，设计复杂，主要为系统提供功率超声振动，使振幅和频率达到标准要求。由超声波发生器产生的高频电振荡施加于超声换能器上，将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅，并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，加工出与工具相应的形状。

关键词：超声振动，超声车削，刀具

一、项目简介

本试验方法将使用超声振动车削通过刀具上施加某种有规律的、可控的振动，使车削速度、车削深度发生周期性的改变，从而获得特殊车削效果的方法。使用超声高频振动车削，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具寿命和工件加工质量，同时加工后的材料也减少了淬火工艺，给企业提成了生产效率，降低了成本。

图1超声波加工示意图

为了解决延长刀具寿命和减少淬火工艺这一难题，苏州xxxxx有限公司与我们公司共同合作了超声波车削加工设备，该设备具有功率大，投资少、安装简易、实验效果稳定等特点。

二、超声波振动辅助加工设备项目主要技术指标及特点

与普通车削相比，采用轴向超声振车削加工方式，超声振幅越小，表面粗糙度的改善效果越明显；当进给量由5μｍ/ｒ增加到25μｍ/ｒ，超声振动车削的主切削力降低了17%-21%，表面粗糙度降低了21%-28%；随着切削速度的增大，超声振动车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围，表面粗糙度最多可降低29.9%，切削力最多可降低30.1%，刀具延长寿命达12小时。

超声波振动辅助加工设备的特点：

?工件表面无撕裂与拉沟现象，表面粗糙度降低。

?工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。

?被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。

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

?可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

?切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。

?提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性，使其使用寿命提高。

?延长刀具寿命。

三、    项目运行实施

该项目已于2024年6月份在苏州xxxxx有限公司进行了试验，同时也得到了苏州xxxxx大学的支持。通过设定超声波设备的最佳功率及现场设备运行的要求，对客户实验起到了很好的效果。

图2超声波辅助车削加工现场图

四、项目应用体会

本设备采用杭州国彪超声设备有限公司生产的智能数控超声波GBS-UGX15A加工设备，通过系统集成设计达到用户要求。本设备主要应用于实验室、研究所和生产厂商，对材料的抗磨性能做测量，比较和评价。此系统具有自动开机频率搜索，运行过程中自动跟踪频率，功率可调整等，如果设备出现问题可以及时断电，避免对整体控制系统造成影响。整个设备操作方面，无需设备开机前进行设置，全自动实现控制要求，系统稳定、可靠。