切削效率提高5倍的超聲加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)——HermannSauer和DeckelMaho公司在硬質(zhì)脆性材料加工上的突破沥萄。

　 　 新材料的引入促進(jìn)加工方法的變化

　 　 所有技術(shù)部門(mén)都在進(jìn)行新材料試用研究玻蝌，并已進(jìn)入實(shí)用化階段万俗。工業(yè)用陶瓷膏萧、光學(xué)玻璃漓骚、硬質(zhì)合金等高性能材料具備優(yōu)越的特性。然而尤稍，這些難切削材料的精確成形加工衬咐，對(duì)于制造技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)極困難的問(wèn)題。由于采用超聲技術(shù)和先進(jìn)的機(jī)床技術(shù)的結(jié)合，德國(guó)的Her-mannSauer公司和DeckelMaho公司為此提供了最好的解決對(duì)策晨偿。采用難加工的玻璃哥峡、陶瓷、硬質(zhì)合金材料時(shí)诊踢，在加工惋蛉、精加工的效率是個(gè)問(wèn)題。因?yàn)檫@些材料大都是非導(dǎo)體脸鸿，不是電加工技術(shù)的對(duì)象鹅但。同樣，激光加工技術(shù)捏裂，由于加工過(guò)程的基礎(chǔ)是利用熱唧尊，因而，不能排除材料有熱損傷和微細(xì)龜裂吩屹，這也是個(gè)大問(wèn)題。在以往切削方法中拧抖，要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)煤搜，才能勉強(qiáng)滿足加工要求。在這種情況下唧席，不僅刀具磨損大擦盾，表面質(zhì)量也不理想。針對(duì)以上問(wèn)題淌哟，本部在德國(guó)中部Stipshausen的HermannSauer公司開(kāi)發(fā)了全新的超聲加工技術(shù)迹卢，在加工硬的脆性材料時(shí)，切削效率為原先方法的5倍徒仓。新技術(shù)加工方法的原理新技術(shù)的基礎(chǔ)是基于超聲波控制的加工主軸和最新加工機(jī)結(jié)合的超聲加工過(guò)程腐碱，是在原先的加工過(guò)程(鏜、磨削掉弛、銑削加工)中加上高頻振動(dòng)運(yùn)動(dòng)症见。超聲主軸的壓電轉(zhuǎn)換器把超聲波發(fā)生器的電氣高頻信號(hào)，按照適應(yīng)于各種各樣工具部件的共振頻率20kHz固定頻率轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)(縱向振動(dòng))殃饿。這個(gè)振動(dòng)從轉(zhuǎn)換器送到增幅器谋作。這個(gè)增幅器可以適應(yīng)各種各樣的需要量，并能控制行程的增幅帮色。通過(guò)專(zhuān)利的圓錐形工具夾持器最后把振動(dòng)全部傳給工具缩棉，也就是金剛石工具。

　 　 在深度加工時(shí)瑟哺，產(chǎn)生每秒約20000次脈沖運(yùn)動(dòng)——在輪廓加工時(shí)為縱向運(yùn)動(dòng)颂梆。在沒(méi)有用超聲的原先加工時(shí)，切削過(guò)程由于摩擦產(chǎn)生大量的切削熱，在工件上會(huì)產(chǎn)生微細(xì)龜裂肴摊，從質(zhì)量上考慮姆已，這些工件還必須再進(jìn)行一次磨削加工，而且工具磨損也很快碉晾。但是急响，在用超聲作沖擊切削加工時(shí)，效能約有60％—70％被激活陋窗。因而嘱悄，回轉(zhuǎn)工具運(yùn)動(dòng)沒(méi)有浪費(fèi)，其大部分用于工件粒子的除去作業(yè)实愚。因?yàn)闊嵊绊懮偌婧牵ぞ叩慕佑|時(shí)間短、切削力較小腊敲，不會(huì)形成龜裂和刃邊的損壞击喂。由于使用研磨劑，提高了表面質(zhì)量(最高Ra需要特殊金剛石工具超聲組件和工具夾持器組成后碰辅，金剛石工具的設(shè)計(jì)是決定超聲加工過(guò)程成功的關(guān)鍵懂昂。

　 　 超聲加工，一方面能保證切削性能没宾，另一方面還能使工具達(dá)到長(zhǎng)的壽命凌彬。不僅對(duì)金剛石研磨劑，而且對(duì)其結(jié)合方式都提出了特殊要求循衰。天然金剛石研磨劑PremaDiaPDA665是金剛石工具中最適宜的磨粒铲敛。這種鋒利的磨粒在受沖擊負(fù)荷時(shí)有優(yōu)良的微小破環(huán)特性。金剛石工具在加工過(guò)程中有自銳作用会钝。HermannSauer公司在制造鏜削伐蒋、磨削、銑削加工用各種工具時(shí)忘当，使用從6μm到90μm的金剛石磨粒芯妇。為了把工具磨損控制在最小極限內(nèi)，該公司在不損壞工具情況下開(kāi)發(fā)了特殊的連結(jié)方式圈蛹，用于傳送機(jī)械振動(dòng)肃刁。這被稱(chēng)為玻璃和陶瓷的連結(jié)，是在高真空下釬焊裝成的奇茫；是金剛石磨粒與工具的基礎(chǔ)材料結(jié)合的技術(shù)孙泵，這種結(jié)合不僅是機(jī)械的，也是化學(xué)的上绅〕缟螅化學(xué)結(jié)合可以防止早期磨粒的剝落靠鸦，具有高的結(jié)合力，而且具有在刃部最大限度散熱的優(yōu)點(diǎn)任汪。有示教功能的控制系統(tǒng)超聲加工要求具有自適應(yīng)控制功能苔巍。為此，Sauer公司與Fagor公司共同開(kāi)發(fā)了超聲加工用的數(shù)控裝置枷窿。其實(shí)質(zhì)是適應(yīng)控制(ADR)和聲量控制(ACC)避归，具有二種示教功能的控制方法。為適應(yīng)加工要求管呵，可以單個(gè)使用梳毙，也可以二個(gè)同時(shí)使用。不管是適應(yīng)控制和聲量控制捐下，必須適應(yīng)于通常的過(guò)程管理和加工過(guò)程的操作量账锹、控制量。因此坷襟，它可以及時(shí)識(shí)別輪廓誤差奸柬。另外，工具的磨損也幾乎可以忽略啤握。適應(yīng)控制鸟缕，工具成為過(guò)程控制的基礎(chǔ)，這個(gè)方法可以達(dá)到最適宜的進(jìn)給速度排抬。ACC接收和管理聲量信號(hào)，為此授段，在實(shí)時(shí)的加工情況下蹲蒲，可以使過(guò)程最佳化。ACC是針對(duì)工件的悄函，采用此方法主要為獲得最好的表面質(zhì)量牲羊。ADR和ACC的結(jié)合，對(duì)于加工作業(yè)可以提供最好的靈活性山顶。

　 　 在加工時(shí)蛮血，為取得最大限度的加工速度，可以使用ADR好员，而在要求最好的表面質(zhì)量時(shí)芽刨，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到聲量過(guò)程控制(ACC)。這個(gè)系統(tǒng)略尘，目前作為標(biāo)準(zhǔn)配置配裝DMS35型和DMS50型超聲加工機(jī)瘩浆。DMS35加工機(jī)的行程是240mm(Y軸)、340mm(Z軸)和350mm(X軸)怯漾；而DMS50加工機(jī)胡炼，X軸的行程是500mm豹女。電機(jī)的功率1．8/1．3kW(40％ED/100％ED)、主軸轉(zhuǎn)速3000r/min(選項(xiàng)60000r/min)碍蚊。最大進(jìn)給速度可達(dá)5000mm/min拷肌。因?yàn)楣潭l率是20kHz，可以確保頻帶在17．5kHz到21．5kHz范圍內(nèi)旨巷。最后巨缘，由于超聲加工方法有優(yōu)越特性，與原先加工方法相比契沫，切削量增大带猴，進(jìn)給性能提高，生產(chǎn)率最大可以增到4倍懈万。應(yīng)用例子在擴(kuò)大例如拴清，在醫(yī)療技術(shù)方面(如內(nèi)視鏡檢查)，在必須用光學(xué)玻璃制造時(shí)会通，要使用本機(jī)口予。采用DMS35型超聲加工機(jī)的金剛石擴(kuò)孔鉆，可生產(chǎn)直徑2mm—202mm涕侈，最大長(zhǎng)度為160mm的玻璃棒沪停。加工時(shí)，由于材料種類(lèi)不同裳涛，可以采用加工進(jìn)給速度為25mm/min～50mm/min盒止，主軸回轉(zhuǎn)速度為800～3000r/min。采用這些加工參數(shù)念焙，一次加工時(shí)間為1．5min—2min扑跌。采用原先加工方法需要2倍～3倍的時(shí)間。本機(jī)的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是可以使用水作為冷卻和清洗劑鲤境。以前用油時(shí)创皿，有火災(zāi)的危險(xiǎn)性，加工時(shí)必須配置監(jiān)視員丛疲。在使用DMS35超聲加工機(jī)時(shí)爸蝠，可進(jìn)行交叉作業(yè)數(shù)月，實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)砍毡。又一個(gè)例子是用金剛石擴(kuò)孔鉆鏜加工由氧化鋯制成直徑12mm陶瓷坯十旗。用戶要求大幅度縮短加工時(shí)間。以前加工方法剩症，坯件以8000r/min回轉(zhuǎn)笑驶，進(jìn)給速度12mm/min。為了達(dá)到表面質(zhì)量RaO．4μm的要求胞饭，還要進(jìn)行一次磨削嫌变。采用超聲加工時(shí)吨艇，主軸轉(zhuǎn)速是3000r/min，進(jìn)給速度可以提高4倍腾啥，約為48mm/min东涡，可以達(dá)到表面質(zhì)量要求，不需進(jìn)行再一次磨削倘待。再一個(gè)例子是采用超聲加工疮跑，對(duì)由玻璃、陶瓷凸舵、硬質(zhì)合金等難加工材料制成的零件可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)加工祖娘。越硬越難加工，效果越好啊奄。除陶瓷渐苏、玻璃、硬質(zhì)合金菇夸，各種寶石(剛玉琼富、瑪瑙、紅寶石等)泻漏、增強(qiáng)纖維塑料翎噩、硅、石墨等各種各樣材料都可使用這種超聲加工方法哆念。

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