異軍突起的超聲振動(dòng)高效加工機(jī)床

1、異軍突起的超聲振動(dòng)高效加工機(jī)床作者：汽車制造業(yè)隨著制藥、光學(xué)和汽車工業(yè)等諸多工業(yè)部門對(duì)高負(fù)荷零件需求的日益增加，人們使用了許多所謂的“高性能材料”，如陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等。這類材料具有很好的特性，如重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕等，但是它們的硬脆特性使用傳統(tǒng)的加工方法（如磨削、金剛石刀具加工等）難以進(jìn)行加工，或者是加工費(fèi)用昂貴。 位于Stipshausen im Hunsrck的Hermann Sauer股份有限公司根據(jù)30多年來(lái)在超聲加工領(lǐng)域中的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一種超聲加工新技術(shù)Ultrasonic。根據(jù)Ultrasonic的設(shè)計(jì)方案，鑲嵌有金剛石微粒制成的銑、鉆、磨刀具以20kHz的

2、頻率（即20000次/s）切入工件；在超聲波的幫助下，即使是最硬的工件也可以用較小的力度和較高的進(jìn)給功率進(jìn)行切削加工。 采用傳統(tǒng)的加工方法加工硬脆性材料需要分多道工序進(jìn)行，浪費(fèi)時(shí)間而且加工費(fèi)用較高。由于加工刀具和被加工工件之間的摩擦，還會(huì)引起的極大損失。而采用超聲波加工，可以根據(jù)目標(biāo)直接進(jìn)行加工，具有以下優(yōu)點(diǎn)： * 與傳統(tǒng)加工相比，超聲波加工可以在5個(gè)面（最多）內(nèi)進(jìn)行高質(zhì)量的加工； * 加工后表面光潔度可達(dá)到Ra 0.2 ?m； * 采用整體式自適應(yīng)控制（ADR）和聲學(xué)控制方法（ACC），提高了加工過(guò)程的安全性； * 精確鉆孔時(shí)，孔徑最小可達(dá)0.3mm； * 力度和熱負(fù)荷小，有利于保護(hù)工件和刀

3、具； * 可自行磨刀的金剛石刀具，可以保證較高的切削效率并延長(zhǎng)使用壽命。 進(jìn)行超聲波加工時(shí)，需要將高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)化為力學(xué)運(yùn)動(dòng)量，然后通過(guò)調(diào)壓器放大振動(dòng)的幅值。從理論上講，使用的金剛石刀具在20kHz（20000次脈沖/s）的脈沖運(yùn)動(dòng)下將先收縮，隨后出現(xiàn)延伸。當(dāng)達(dá)到幅值或延伸的最大值時(shí)，與刀具固定在一起的金剛石微粒觸及到待加工的工件表面，工件材料被破碎為微小碎屑。同時(shí)，刀具繼續(xù)以30004000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。這一方面可使工件達(dá)到加工精度，另一方面可以清除旋轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)切削下的工件材料的碎屑。這些碎屑最終被凈水從工作件中沖走。 除了控制幅值和使用量以外，金剛石刀具和固定在刀具上的金剛石微粒對(duì)加工過(guò)

4、程的效率和質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。這主要取決于金剛石刃的硬度和金剛石微粒的尺寸，特別是刀具承載部分和切削材料之間的化學(xué)力學(xué)連接特性，這一連接特性必須與Ultrasonic的加工過(guò)程相一致。除Ultrasonic的軸以外，粘接材料也會(huì)發(fā)生先收縮再延伸的現(xiàn)象。因此，在選擇粘接材料時(shí)，要注意在金剛石微粒延伸到最高點(diǎn)時(shí)與刀具之間的粘接仍然保持足夠的牢固。另外，粘接材料還需要具有一定的柔性，當(dāng)金剛石微粒受到撞擊時(shí)不至于從刀具上折斷。由于在切削過(guò)程中形成了眾多的單刃，因此使用金剛石刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，刀具可以自動(dòng)磨刀，并且在整個(gè)使用過(guò)程中都可以保證很高的、不變的切削效率。 Ultrasonic加工技術(shù)的另

5、一個(gè)特點(diǎn)是獲得專利的刀具架，它用錐螺紋實(shí)現(xiàn)了可靠的形狀連接和力連接，保證了主軸和工件之間良好的振動(dòng)傳遞性。這種特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在加工過(guò)程中保證主軸的安全性，使得縱向的振動(dòng)不會(huì)傳遞到主軸軸承，并經(jīng)由軸承傳到機(jī)床的機(jī)座上（類似一個(gè)單向止回閥）。 Ultrasonic技術(shù)的成功之處不僅僅在于其加工過(guò)程的高效率，更重要的是它能保證被加工工件的加工精度和加工質(zhì)量。Ultrasonic技術(shù)能夠被潛在用戶接受的原因是加工過(guò)程的安全性和加工過(guò)程的可重復(fù)性，這保證了Ultrasonic技術(shù)在各種生產(chǎn)環(huán)境中均可應(yīng)用。 Ultrasonic機(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控單元擁有各種類型的智能控制算法，實(shí)時(shí)進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)，給出合適

6、的控制調(diào)節(jié)量，如幅值、進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速等，并根據(jù)滯后誤差做出即刻識(shí)別，以避免刀具的折斷。Ultrasonic機(jī)床以其幾年來(lái)在實(shí)際工作中（三班制，經(jīng)常使用情況下）的性能足以證明上述措施是行之有效的。 在使用過(guò)程中，Ultrasonic機(jī)床可以與自適應(yīng)控制方式（ADR）或聲學(xué)控制方式（ACC）組成兩種控制系統(tǒng)。與ADR聯(lián)用時(shí)，機(jī)床上的標(biāo)尺具有監(jiān)測(cè)功能，在加工中能實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)給量。如果對(duì)工件表面加工要求很高，則需使用ACC控制方式。與ADR的工作方式不同，ACC控制方式接收或監(jiān)測(cè)工件發(fā)出的聲學(xué)過(guò)程信號(hào)。 智能化控制算法不考慮偶然情況和以往的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是ADR還是ACC都是對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。將ACC和ADR組合使用，可以以最佳的靈活性實(shí)現(xiàn)加工效果。例如在開始加工階段，由ADR給出盡可能大的進(jìn)給量，而在表面精加工末期則自動(dòng)切換為ACC的聲學(xué)信號(hào)控制方式。 ULTRASONIC超聲公司提供的Ultrasonic系列有兩種規(guī)格，即：X軸350mm和X軸500mm。位于Sauer的DECKEL MAHO公司為Ultraschal機(jī)床提供基本部件，如Ult