毕业论文-旋转超声加工技术简介

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1、1旋转超声加工技术简介随着科学技术的发展，硬质合金、钛合金、耐热钢、淬硬钢、金刚石、石英以及钨、硅等各种金属和非金属硬脆材料在现代工业中的应用范围越来越广，尤其是在航空航天、兵器装备、汽车制造等领域，硬脆性材料的出现为产品向高速度、耐高温、高压等方向的发展提供了广阔的空间。例如，近年来陶瓷常被用于制作叶轮、义齿、人造髋关节球、切削刀具和燃料腔体；硬质合金和淬硬钢被广泛用于工模具的制造；玻璃陶瓷可用于制造车用反光镜；碳纤维可用于制作汽车上的刹车片等等。然而，由于硬脆材料木身的硬度高、脆性大，因此对它们的加工一直非常困难，尤其是当工件形状复杂，精度、表面粗超度

2、要求较高时，传统加工方法很难实现预期的效果，甚至某些工件的加工费用可达到总成本的90%。直到上世纪六十年代，旋转超声加工(RotaryUltrasonicMachining,RUM)技术才产生并逐渐应用到硬脆材料加工。作为传统磨削加工和超声加工(UltrasonicMachining,USM)的结合体，旋转超声磨削集成了二者的优点。在随机床主轴旋转的同时，刀具还参与了沿主轴轴向的高速振动，这使得刀具中的磨粒(一般为金刚石颗粒)在静载荷、超声振动和主轴旋转的共同作用下不断冲击、滑擦被加工表面，从而将被加工材料粉碎成很多微小的颗粒，促进了加工的进展。多年来，人

3、们一直致力于改进和完善超声加工技术与设备。通过不懈的努力，加工效率已经得到了明显提高，适用的加工领域也在不断扩大，但是它仍存在着许多缺陷需要改进。2旋转超声加工国内外发展现状到目前为止，英、美、苏、法、日、中等国家己对旋转超声加工方法作了一些研宂，包括设备研制和工艺研宂+4］。英国Kerry超声公司研制生产了“Sonicmill”落地式旋转超声加工机。前苏联莫斯科航空工艺研究所在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。法国ExtrudeHone公司生产销售SoneX型旋转超声加工机。瑞士ErosonicAG公司生产销售ErosonicUS400/U

4、S800型旋转超声加工机。日本超声波工业公司开发了体积小、重量轻、刚度大、可安装在金属切削机床的USSP系列超声波主轴系统。日木超音波工业株式会社于1994年研制新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机，机床功率450W，工作频率20KHZ，可在玻璃上加工孔径1.6mm、深150mm的深小孔，其

5、Sl度可达0.005mm，圓柱度为0.02mmo日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统［51。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表而质量，并用该组合设

6、备在不同的振动条件下进行/一系列实验。实验结果表明，将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。在美国，利用工其旋转同时作轴向振动进行孔加工己取得了较好的效果。美国Branson声能公司先后制成UMT-3和UMT-5两种超声旋转加工机。UMT的主轴旋转精度0.001〜0002英寸，转速为0〜5000转/分，工具的最大尺寸为巾38毫米，在玻璃板上已加工出直径1.6毫米深达305毫米和直径1毫米深300毫米的孔。美国堪萨斯州立大学提出了一种超声旋转加工陶瓷材料去除率模型的计算方法，并将其应用到氧化锆陶瓷的加工中，确定了材料去除率

7、和加工参数之间的关系，该研究大大推动了陶瓷材料旋转加工技术的发展。国内机电部第十一研宂所范国良等人研制的用于加工YGA激光晶体棒的T3030-3/ZV超声旋转加工实验祥机，己成功用于YAG激光晶体棒的成行加工。该机工作频率7-22KHZ,功率400W,加工晶体棒直径巾3〜巾10mm,加工精度:圆度＜0.0005mm,圆柱度一般为0.03mm。此外，国内众多高校及研宄所，如天津大学、太原理工大学、四川大学、哈尔滨工业大学等也开展了旋转超声加工装置及加工过程的研宄［6"9］。3旋转超声加工特点超声加工可以加工导电性以及非导电性的各种硬脆性材料，如硅、金刚石、陶

8、瓷、宝石、大理石等非金属材料，也可以加工低塑性和硬度高于40HRC的金属材料，如硬质合金、淬火钢等。旋转超声加工加工精度高。由于去除工件材料靠磨粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小，不会产生变形及烧伤，表面粗糙度也较低，可达RaO.63〜0.08imn，尺寸精度可达0.03mm。并适合加工薄壁、窄缝、低刚度零件。旋转超声加工可加工出复杂型腔和型而。其原因是工具可用较软材料制作,故易于制出复杂形状之工具。故超声波加工机床结构简单，易于维护。由于超声加工过程中主要依靠的是磨粒的瞬时冲击作用，所以工件表面所承受的宏观切削力很小，

9、切削热也较少，不易因变形和烧伤而改变工件表面的电/化学特性。同时也