超声波振动车削的加工精度误差控制.pdf

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工艺与技术◆Gongyi yu Jishu 超声波振动车削的加工精度误差控制 高利平 刘志刚 （南通农业职业技术学院机电工程系，江苏南通226007） 摘 要：主要从机床选择、振动系统安装、切削用量选择、刀具控制4 个方面分析探讨了超声波振动车削的加工精度误差控制。 关键词：超声波；振动车削；圆度误差；锥度误差；变幅杆；共振；振幅 0 引言 近几十年来，超声加工技术发展迅速，在超声振动系统、深小 孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广 泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的 工艺问题，取得了良好的效果。超声加工示意图如图 1 所示。 是否共振。超声波发生器和声振系统必须阻抗和频率相等才能共 振，从而将能量有效地传递给车刀。（2）测量刀尖振幅。超声车削一 般要求刀尖的振幅应大于8 μm。（3）判断车刀刀尖的振动方向。纵向 振动超声车削要求车刀刀尖振动方向和工件旋转的切线方向一 超声波振动车削（以下简称超声车削），是指使车刀以振动频 致，弯曲振动超声车削要求振动刀杆的上下平面要平行于车床导 率f =20～50 kHz、振幅a=10～25 μm 的超声波范围的振动频率和 轨。（4）检查工艺系统的刚度是否达标。如果系统刚度不足，声振系 小振幅沿切削方向进行的车削。利用这种振动切削，将使在普通车 统会产生低频振动，工件表面会复制低频振纹。 （5）检查声振系统 床上实现超精密加工成为现实，即可达到圆度、圆柱度、平面度、平 内部连接处是否产生发热现象。在系统内部各处（换能器、变幅杆、 行度、直线度均接近零误差，实现以车代磨。 法兰盘、支架、车刀、压块等）如果产生较大的摩擦热，会将超声能 超声车削是一种脉冲切削，刀具与工件完全分离，所以没有普 量转换为摩擦热，降低传递至刀尖的能量，使振幅变小从而无法完 通车削时的“让刀”现象，即每个切削瞬间刀刃所处的位置保持不 成加工。（6）检查各连接位置是否符合要求。首先检查位移节点处 变，从而提高了加工精度。即使只有小于0.01 mm 的微小吃刀深 连接元件和刀架是否振动，位移节点处的法兰盘应没有或振动极 度，也能按预定的切削深度进行精密加工。超声车削较普通车削而 小；其次检查声振系统的其他部位应互相不接触，否则无法切削。 言有以下显著的优点：切削力低，约为普通车削时切削力的 3 切削用量的选择 1/10～1/3 ；加工精度高，为普通加工精度的0.01～0.1 mm ；粗糙度 （1）切削速度：超声车削受临界切削速度V =2πaf （a 为刀尖振 明显降低，可以达到理论表面粗糙度；工件不产生变形，没有毛刺； e 不产生积屑瘤；切削液的冷却、润滑作用提高；刀具寿命提高；工件 幅，f 为振动频率）的限制，为保证超声车削获得较高的加工质量和精 度，一般取切削速度V＜V /3。大量实验表明，在一定的切削速度范 耐磨性提高；工件耐腐蚀性提高。因此，随着科学技术水平的不断 e 围内，超声车削圆度误差随着切削速度的增大而增大，而锥度误差则 完善和发展，超声车削将得到较大应用。 随切削速度的增大而减小。（2）切削深度和振幅：切削速度受超声发 由于目前还处于探索和发展初期，超声车削在工艺方面还存在 生器输出功率、换能器类型及加工材料的限制，一般加工深度不宜过 很多不足。因此，如何在现有条件下控制超声车削加工中的精度显

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