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超声振动车削

/ultrasonic vibration turning/
条目作者张德远姜兴刚秦威陈华伟张翔宇
条目作者张德远

张德远

姜兴刚

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秦威

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陈华伟

陈华伟

张翔宇

张翔宇

最后更新 2022-12-23
浏览 113
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在车削过程中,使刀具做微小振幅、超声频振动的超声辅助特种车削加工方法。

英文名称
ultrasonic vibration turning
所属学科
机械工程

是超声辅助切削工艺中应用较广泛、研究时间最久的一种工艺,普遍用来进行工件表面的精密和超精密车削加工。

超声振动车削最早在20世纪50年代由日本宇都宫大学的隈部淳一郎提出,并对其进行了系统研究,发现其具有降低切削力、提高工件表面质量的优点。90年代日本学者提出超声椭圆振动车削,一定程度上解决了超声振动车削中刀具崩刃的问题,使超声振动车削真正进入工业应用领域。中国自60年代开始投入对超声振动车削的研究,在超声振动车削理论和设备研制工作中取得了重大进展,进一步挖掘出超声振动车削在提高切削能力、改善表面粗糙度、延长刀具寿命、抑制颤振、降低切削温度、减小毛刺等方面的优势。

超声振动车削按振动模式可以分为超声单向振动车削和超声椭圆振动车削两种。超声单向振动车削,刀具仅沿某一方向往复振动。超声椭圆振动车削,刀具同时沿具有一定夹角的两个方向往复振动,在空间形成椭圆形运动轨迹。

利用超声驱动系统使车刀在车削过程中,以5~25微米的振幅、超过16000赫兹的频率振动,从而实现车刀对工件被加工表面形成断续式分离型振动切削或切削力周期变化的不分离型振动切削。

与普通车削相比,超声振动车削可在普通车床上实现表面粗糙度为Ra0.1微米的表面,主切削力下降4~5倍;对于长径比10∶1的细长杆件和长厚比400∶1的薄壁件,加工精度提高9倍以上。在特定条件下,切削力可下降近100倍,表面粗糙度达到磨削效果,实现“以车代磨”。

研究重点主要包括:①超声振动车削机理的研究,为进一步提高超声振动车削的加工能力和应用范围寻找理论突破。②针对硬、脆、纤维增强材料的工艺研究。③适用于加工微小零件的精密和超精密微纳超声振动车削加工理论的研究和设备研制。④具备产业化加工能力的通用或专用设备的研制。

未来超声振动车削的发展主要在以下三个方面:①研究切削过程及刀具自身的超声振动对刀具寿命的影响机理,寻找到提高超声振动车削中刀具寿命的有效方法。②进一步研究超声振动车削的切削过程和模式,突破现有技术条件下速度极限对超声振动车削应用的限制,提高超声振动车削的加工效率,扩大其应用范围。③研究并改进超声驱动系统,实现对超声振动车削过程的高效、稳定、智能控制,提高加工质量。

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