做和超声振动钻削的基本原理及其特点

超声振动钻削的广泛利用于铸造、冶金、矿山等行业基本原理及其特点

摘 要：超声振动钻削是振动切削的一个分支，与普通钻削相比具有较好的加工工艺效果，它能全面提高孔的加工质量，是现代钻削技术的一个重要的发展方向。文章评述了提高孔的加工质量的必要性，超声振动钻削技术的概念、基本原理及其特点，介绍了国内外的研究现状，指出该项技术存在问题，并对其斤后的研究方向作了展望，振动钻削将朝着自动化、智能化的方向发展。

随着科学技术的发展，孔加工在机械制造领域得到越术越广泛的应用，据统计，孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1／3，钻头的产量约占刀具总量的60％。国内每年生产钻头的高速钢消耗量约占刀具生产中高速钢消耗总量的70％，目前用于加工孔的工艺方法很多，但应用最广泛、生产实用性最强的仍是采用麻花钻的钻削加工。由此可知，钻削工艺在孔加工和机械加工中占有非常重要的地位。随着各种精密仪器、零件等的广泛使用，其加工精度与质量的要求越来越高，与此同时，在机械制造领域，不锈钢、钛合余和复合材料等各种难加工材料的日益广泛地使用以及微小孔加工数量的增多，孔的加工难度不断提高，传统的钻削工艺已经很难满足其加工要求，存在着很大的局限性，如存在切削力大、刀具磨损严重、近20年来,随着科学技术的革新和眼科学的飞速进展,人们对眼科材料的要求愈来愈高,需要更好的功能性眼科生物材料利用到眼科的各个领域当中排屑困难等问题，有些场合加工根本无法进行。

振动钻削就是在这种条件下提出，并开展研究，而超声振动钻削作为振动钻削的一个分支，在对难

加工材料或难加工工艺(如小直径深孔)的加工中，取得很好的效果。超声振动钻削是在普通钻削的基

础上增加一个周朔性的振动，使切削用量按某种规律变化，以达到改善切削效能的一种新颖的加工方法。在振动钻削加工过程中，钻头与工件时切时高，其运动速度的大小跟方向在不断地变化，这使得超声振动钻削在对难加工材料或难加工工艺的加工中，都取得了传统的钻削工艺难以达到的效果，如切削力减小、入钻精度提高、孔扩量减少、出口毛刺高度减小、钻头寿命提高等，使钻削工艺技术有了一个质的飞跃，其优良的工艺效果已经得到广泛的关注。本文针对超声振动钻削的基本原理和特点、国内外研究现状、工艺效果等进行阐述，提出当前超声振动钻削所有存在的问题，对其未来的研究方向进行展望。

1、超声振动钻削的基本原理及其特点

（1）超声振动钻削的基本原理。

振动钻削作为一种新颖的加工方法，在对加工材料或难加工工序的加工中，能全面提高孔的加工质量与加工效率，按不同的分类方式可将振动钻削分为以下几类：

1)按振动产生的方向分类：有轴向振动钻削、扭转振动钻削以及轴向跟扭转复合的振动钻削；轴向振动易于实现，工艺效果良好，在振动钻削中占主导地位。

2)按振动性质分尖：有自激振动钻削和强迫振动钻削；前者是完仝是由切削过程产生的，后者是在普通钻削的基础上附加激振装置来产生可控的有规律的振动。

3)按振动频率分类：有高频振动钻削和低频振动钻削；其中高频振动钻削又称为超声波振动钻削，其振动频率高于16KHZ。超声波振动钻削主要是以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率跟效能、扩大切削加工适应范围为目的的。

超声振动钻削中的振动系统是由超声波发生器、换能器、超声变幅杆跟刀具系统组成的。超声波发生器是一种产生超声频电振荡信号并向换能器提供能量的装置，其作用是将220V、50HZ的交流电转换为超声频电振荡信号。换能器的作用是将发生器产生的超声频电振荡信号转换为机械振动。由于压电陶瓷换能器的伸缩变形小，一般振幅就在4～10μm，而超声振动钻削要求振幅要达到l0～100μ m，所以借助变幅杆来放大换能器产生的机械振动。变幅杆的工作原理是由于在不计传播损耗的情况下，通过任一截面的振动能量是不变的，截面越小，能量密度越大，振幅也就会放大。振幅经变幅杆放大后，传递到刀具系统进行加工。工作原理图如图1所示。

（2塑料材料由于其具有更轻的质量）超声振动钻削的特点

1)钻削扭矩减小。超声振动钻削所产生的是脉冲力矩，刀具与切屑的摩擦系数大大降低，因而钻削扭矩也大大减小。

2)排屑容易。在超声振动作用下，刀具与切屑之间的摩擦力大大地降低，有利于切屑的排出。

3)加工精度高。在超声加工过程中，钻头产生“刚性化的效果”，使得钻头不易变形，不易钻偏，所以能提高加工精度，加工误差主要为机床跟夹具的安装误差。

4)孔的表面加工质量提高。由于钻头变形小，消除了积屑瘤，切削温度低，切削使度低，易于排除，不会损耗已加工的表面，因此孔的表面加工质量提高。

5)钻头的寿命提高。由于超声振动钻削时，钻头加工是间歇的，并且切削▌2、楼市泡沫进入清算期力减小，切削温度降低，不产生积屑瘤跟崩刃现象，所以可以提高钻头的寿命。