超声振动辅助磨削技术的现状与新进展

第31卷第11期2010年11月

兵工学报ACTA ARMAMENTARII

Vol．31No．11Nov．

2010

超声振动辅助磨削技术的现状与新进展

梁志强1，2，王西彬1，吴勇波2，栗勇1，赵文祥1，庞思勤

1

（1.北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室，北京100081；

2.秋田県立大学系统科学技术学部，秋田290014，日本）

摘要：如何实现硬脆性材料的高效率、高质量、高精度加工是现代精密制造领域的技术难题，为解决这一难题超声波振动磨削技术被引入到硬脆性材料的加工中。综述了超声振动磨削技术的现状，基于现有的一维振动磨削与二维振动磨削技术，着重分析了不同超声振动施加方式对磨削

力、

加工表面完整性、砂轮磨损等加工特性的影响。作为二维振动磨削技术的最新进展，对垂直型椭圆振动磨削技术的加工原理以及加工特性进行初步介绍。

关键词：机械制造工艺与设备；超声辅助磨削；椭圆振动；硬脆材料；磨削力；粗糙度

中图分类号：TG156文献标志码：A 文章编号：1000-

1093（2010）11-1530-06Status and Progress of Ultrasonic Assisted Grinding Technique

LIANG Zhi-qiang 1，2

，WANG Xi-bin 1，WU Yong-bo 2，LI Yong 1，ZHAO Wen-xiang 1，PANG Si-qin 1

（1．Key Laboratory of Fundamental Science for Advanced Machining ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ；

2．Faculty of Systems Science and Technology ，Akita Prefectural University ，Akita 290014，Japan ）

Abstract ：In current precision machining field ，there is a critical problem to achieve high efficiency ，high-quality and high-precision machining for hard brittle material．Based on this background ，the ultra-sonic assisted grinding machining is widely introduced as a promising processing technology．In this pa-per ，the machining characteristics ，especially grinding forces ，ground surface integrality and wheel wear ，of both one-dimensional and two-dimensional ultrasonic assisted grinding techniques are analyzed．As a new progress ，the principle and fundamental characteristics of vertical elliptical ultrasonic assisted grind-ing method are introduced．

Key words ：machinofacturing technique and equipment ；ultrasonic assisted grinding ；elliptical vibra-tion ；hard brittle material ；grinding force ；surface roughness 收稿日期：2009－11－13

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50935001）；国防科研资助项目（62301090103）作者简介：梁志强（1984—），男，博士研究生。E-mail ：liangdjx@yahoo．com ；王西彬（1958—），男，教授，博士生导师。E-

mail ：cutting0@bit．edu．cn 随着科技的发展对硬脆性材料、难加工材料和

新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统磨削方法因不可避免的产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面/亚表面损伤以及砂轮寿命低等一系列问题。尤其在精密与超精密加工领域，这些加工缺陷的存在严重制约着零件加工精度及加工效

率的提高。为解决这些问题，超声振动被引入到磨

削加工中。国内外广泛研究证实超声振动磨削在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面具有显著优势。

一维超声振动磨削技术较早应用到工业领域，近年在超精密加工领域，日本和中国的学者又

第11期超声振动辅助磨削技术的现状与新进展

相继提出了2种不同类型二维超声振动磨削技

术，研究证实它们具有比一维振动磨削技术更优

越的加工性能。作为最新的研究成果，开发了一

种新型垂直型椭圆振动磨削技术。综述3种一维

超声振动磨削技术以及2种二维超声振动磨削技

术的典型加工特点，在此基础上对新型垂直型椭

圆超声振动磨削技术的基本原理以及加工特性进

行初步介绍。

1超声波辅助磨削技术研究现状

目前超声振动磨削技术各种类型如图1所示，

其中一维超声辅助磨削技术可归结为3类：砂轮轴

向振动磨削；砂轮径向振动磨削；砂轮切向振动磨

削。二维振动磨削技术有2类：1）平行于工件平面

的二维振动磨削，即对工件同时施加砂轮切向和砂

轮轴向的超声振动；2）平行于砂轮端面的二维振动

磨削，即对工件或砂轮施加砂轮切向和砂轮径向的

超声振动。

Uhlmann通过单颗磨粒划擦试验，分析了先进