一、振動(dòng)切削裝置介紹

振動(dòng)切削是給刀具或者工件一方向施加一定的頻率和振動(dòng)的振幅，以改善車學(xué)效能的切削方法，振動(dòng)切削分為三種：

1、以斷削為目的，這時(shí)采用低頻率，高頻率為幾百赫茲、達(dá)到幾毫米大振幅的進(jìn)刀方向振刀。

2、對(duì)難加工材料硬、催、黏和細(xì)長(zhǎng)軸、微小孔、薄壁件等精度要求高的零件，采用振動(dòng)加工的方式。

3、以改善加工表面粗糙、精度、提高切削效率和擴(kuò)大切削加工適應(yīng)范圍為目的的振動(dòng)切削方式，需要用高頻率、振動(dòng)小大約在30um范圍內(nèi)的振幅，經(jīng)過(guò)表面在切削速度方向振動(dòng)效果更好。　與普通切削相比，振動(dòng)車削并有下列加工效果：

車削后可達(dá)到鏡面效果，減少工藝環(huán)節(jié)，降低工藝成本；

不容易產(chǎn)生積削瘤，切削力大幅度減小，刀具壽命大幅度延長(zhǎng)，減少刀具3倍以上耗材成本；

毛刺的抑制，加工精度大幅度提高，提高產(chǎn)品檔次和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；

加工系統(tǒng)穩(wěn)定性能顯著并提高，自激振動(dòng)的抑制

形態(tài)難加工部位的加工，難加工材料超精密鏡面切削、超精密細(xì)微切削，脆、硬、黏材料的精密切削

二、振動(dòng)切削裝置

超聲振動(dòng)加工技術(shù)是給刀具施加一定振幅的超聲振動(dòng)，超聲振動(dòng)加工的切削機(jī)理最根本的是基于工件刀具的斷續(xù)接觸-分離，具有降低切削力、提高加工質(zhì)量等一系列的優(yōu)點(diǎn)，基于以上優(yōu)點(diǎn)，超聲振動(dòng)加工技術(shù)廣泛地應(yīng)用于難加工結(jié)構(gòu)(弱剛度結(jié)構(gòu))、難加工材料(高切削力、高切削溫度)等的加工中，取得了良好的效果。

普通切削方式是通過(guò)傳統(tǒng)刀片的鋒利對(duì)工件硬性切削下來(lái)（也可稱之為撤撕下來(lái)），均屬于破外力切削。隨著超聲波振動(dòng)切削的發(fā)展，有了改觀。但縱向振動(dòng)切削、彎曲振動(dòng)切削或其它振動(dòng)切削的方法，對(duì)應(yīng)力的消除有微小的改觀，但說(shuō)無(wú)法消除拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)不了拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的轉(zhuǎn)換。隨著國(guó)家對(duì)抗疲勞制造技術(shù)的重視，急切需求從破壞拉應(yīng)力切削轉(zhuǎn)化為預(yù)置高值壓應(yīng)力的切削方式，達(dá)到抗疲勞制造技術(shù)要求?，F(xiàn)有振動(dòng)切削技術(shù)中，粗糙度應(yīng)用中輕微的改善，無(wú)法滿足機(jī)械制造加工要求，對(duì)疲勞制造采取的是切削完成后續(xù)的措施，如高束能超聲強(qiáng)化滾壓的方式等。

振動(dòng)切削各種振動(dòng)方式：一維、二維、三維均對(duì)刀具裝夾角度有很高的要求；方式方法不對(duì)，不但起不到振動(dòng)切削的效果，反而刀具使用壽命會(huì)大大縮短?，F(xiàn)有切削技術(shù)屬于單點(diǎn)連續(xù)切削，切削液很難進(jìn)入刀尖切削作業(yè)部對(duì)刀片冷卻。隨著振動(dòng)切削的應(yīng)用，切削液隨著切削的間斷性，對(duì)刀尖切削作業(yè)部實(shí)現(xiàn)了冷卻，但還是單點(diǎn)不換位切削，刀具使用壽命很短。

現(xiàn)有的振動(dòng)切削裝置，換能器通過(guò)端蓋固定在殼體內(nèi)，導(dǎo)致?lián)Q能器與殼體間或多或少存在空隙，使得超聲震動(dòng)在空隙內(nèi)的部分損耗且生熱，再者，換能器被機(jī)械固定于殼體內(nèi)上，在工作時(shí)，其超聲振動(dòng)不可避免傳遞給殼體， 使得換能器的振動(dòng)在向刀片傳遞的過(guò)程中損耗比較大，連接點(diǎn)多間隙產(chǎn)生熱會(huì)致使壓電或電源損壞。另外，現(xiàn)有刀片一般需經(jīng)粗切削--精切削--粗磨--精磨削--拋光達(dá)到Ra0.2微米，切削深度、進(jìn)給量均很小，加工工序繁瑣，加工效率底下。

　振動(dòng)切削系統(tǒng)主要通過(guò)電器控制系統(tǒng)將交流電50HZ,220v轉(zhuǎn)換成正弦電振蕩信號(hào)，換能器將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動(dòng)，變幅桿將換能器的縱向振動(dòng)放大后傳遞給進(jìn)行振動(dòng)切削；振動(dòng)切削裝置的作用是使刀具獲得一定振幅的超聲頻機(jī)械振動(dòng)，將超聲振動(dòng)系統(tǒng)和刀具固定在刀架上實(shí)現(xiàn)超聲切削加工。振動(dòng)切削可采用一維、二維、三維等振動(dòng)方式：縱向振動(dòng)、彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等；

三、振動(dòng)切削對(duì)特種材料的加工

隨著公司對(duì)高能束技術(shù)不斷的研發(fā)，超聲振動(dòng)切削技術(shù)的研發(fā)和推廣，振動(dòng)切削技術(shù)廣泛應(yīng)用在航空航天、國(guó)防工業(yè)、宇航工業(yè)、機(jī)械制造等領(lǐng)域聲學(xué)應(yīng)用中，大量使用在耐熱鋼、鈦合金、高溫合金、不銹鋼、恒彈性合金、冷硬鑄鐵和工程陶瓷等材料中，這些材料具有耐熱性、耐腐蝕、高強(qiáng)度、優(yōu)異的常溫和高溫力學(xué)性能，由于特出材料的強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能差、加工硬化強(qiáng)度傾向嚴(yán)重，其加工性僅為普通材料的30%-40%，用傳統(tǒng)的切削方法加工時(shí)切削用量小，刀具磨損嚴(yán)重，甚至無(wú)法進(jìn)行切削，給切削加工帶來(lái)了很大的困難；硬的、脆的材料如：花崗巖、陶瓷、淬硬鋼的切削加工性差了，公司對(duì)加工材料進(jìn)行了大量的切削實(shí)驗(yàn)，；

四、振動(dòng)切削對(duì)普通材料的加工

超聲振動(dòng)切削是使刀具以1-100KHz的頻率、沿切削方向高速振動(dòng)的一種特種切削技術(shù)。超聲振動(dòng)切削從微觀上看是一種脈沖切削，在一個(gè)振動(dòng)周期中，刀具的有效切削時(shí)間很短，一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)絕大部分時(shí)間里刀具與工件、切屑分離，刀具與工件切屑斷續(xù)接觸，切削熱量大大減少，并且沒(méi)有普通切削時(shí)的“讓刀”現(xiàn)象。利用這種振動(dòng)切削，在普通機(jī)床上就可以進(jìn)行精密加工，工件的圓度、圓柱度、平面度、平行度、直線度等形位公差主要取決于機(jī)床主軸及導(dǎo)軌精度，可達(dá)到接近機(jī)床精度，使以車代磨、以鉆代鉸、以銑代磨效果。與高速硬切削相比，不需要過(guò)高的機(jī)床剛性，并且不破壞工件表面金相組織。在曲線輪廓零件的精加工中，可以借助數(shù)控機(jī)床進(jìn)行仿形加工，可以節(jié)約高昂的數(shù)控磨床購(gòu)置費(fèi)用，車削后效果可以達(dá)到鏡面效果。

五、振動(dòng)切削對(duì)加工精度的影響

切削尺寸精度。以使用一臺(tái)功率為150W左右的能力發(fā)生器和40KHZ的縱向振動(dòng)切削裝置為例,可以超聲車削加工Φ0.2-1mm的小直徑零件，由于直徑小，切削速度轉(zhuǎn)速可以達(dá)到5000-20000轉(zhuǎn)/分鐘的生產(chǎn)效率，可以獲得很高的生產(chǎn)效率；超聲切削由于屬于振動(dòng)切削，可以加工Φ1mm的不銹鋼零件，比普通切削所得尺寸精度高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，普通切削時(shí)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，尺寸的分散，直徑逐步增大，尺寸誤差范圍為8um。振動(dòng)切削，尺寸誤差范圍為3um，直徑的擴(kuò)大量也比較小，振動(dòng)切削不但提高工件的加工精度，還獲得了較高的表面粗糙度，提高了刀具的使用壽命。

圓度誤差。在切削速度等于28.6米/分鐘、進(jìn)給量0.08mm/r、切削深度0.15mm、振動(dòng)頻率為21.3KHZ、振幅12um的條件下，超聲切削40cr的圓度誤差為1.5um，同等技術(shù)參數(shù)下普通車削的誤差為8um；在切削速度等于29.4米/分鐘、進(jìn)給量0.08mm/r、切削深度0.15mm、振動(dòng)頻率為21.3KHZ、振幅12um的條件下，超聲切削1Cr18Ni9Ti的圓度誤差為2.2um，同等技術(shù)參數(shù)下普通車學(xué)的誤差為5um；

在一定切削范圍內(nèi)，超聲振動(dòng)切削的圓度誤差小于普通切削，振動(dòng)切削的圓度誤差隨著切削速度的增大而增大，這是因?yàn)榍邢魉俣鹊脑龃髸r(shí)，分離時(shí)間短，切削時(shí)間增長(zhǎng)，切削液及其空氣氧化層的潤(rùn)滑作用減弱，刀具與切削之間的摩擦增大，切削變形隨之增大，切削力隨著增大，在加工中切削的誤差增大；實(shí)驗(yàn)件對(duì)圓輥?zhàn)?，上下輥?zhàn)又睆綖?0mm，內(nèi)徑為30mm，上輥?zhàn)訉挾葹?㎜，下輥?zhàn)訉挾葹?5mm，實(shí)驗(yàn)材料為45#，表面粗糙度要求達(dá)到Ra0.2um?！?/span>

六、振動(dòng)切削可選參數(shù)

七、振動(dòng)切削綜合效應(yīng)

1.切削力小，約為普通刀具切削力的
1/3-1/10

2.實(shí)現(xiàn)以車代磨，超精密鏡面加工，粗糙度可達(dá)Ra0.2微米。

3.加工精度高

4.切削溫度低，工件保持室溫狀態(tài)

5.不易產(chǎn)生積屑瘤，工件變形小，沒(méi)有毛刺

6.被加工零件的“剛性化”，即與普通切削相比，由于切削力的減小，相當(dāng)于工件剛性提高

7.加工過(guò)程穩(wěn)定，有效消除顫振

8.切削液的冷卻、潤(rùn)滑作用提高

9.刀具耐用度呈幾倍到幾十倍提高

10.工件表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)，耐磨性、耐腐蝕性提高

11.切削后的工件表面呈彩虹效果

12.難加工材料切削：如耐熱鋼、鈦合金、恒彈性合金、高溫合金、

13.不銹鋼、冷硬鑄鐵、工程陶瓷、復(fù)合材料和花崗巖等

14.加工淬硬鋼零件及超硬零件，能得到很高的加工精度和表面質(zhì)量：用硬質(zhì)合金刀具可以很輕松地加工硬度達(dá)
HRC60 以上的淬

15.硬鋼零件，如高速鋼、軸承鋼等；用PCD 刀具加工硬質(zhì)合金，大大提高刀具耐用度

16.成型切削：利用成型切削刀具加工各種類型的輪廓曲面及內(nèi)外球面、過(guò)度圓弧、錐面等

17.細(xì)長(zhǎng)桿件及薄壁件切削加工

18.超細(xì)直徑零件切削加工

19.超精密鏡面加工