旋转超声加工技术研究进展_郑书友

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N

清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2009年第49卷第11期

2009,V o l.49,N o.1116/38

1799-1804

旋转超声加工技术研究进展

郑书友1,2

,　冯平法1

,　徐西鹏

2

(1.清华大学精密仪器与机械学系,北京100084;2.华侨大学机电及自动化学院,厦门361021)

收稿日期:2008-11-03

基金项目:摩擦学国家重点实验室资助项目(SKLT 08B11)

作者简介:郑书友(1979—),男(汉),安徽,博士后。

通讯联系人:冯平法,副教授,E -mail :fengpf @tsingh ua .edu .cn

摘　要:旋转超声加工是集传统超声加工与磨料磨削加工为一体的复合加工,是硬脆性材料加工的一种有效方法,具有良好的应用前景。该文综述了旋转超声波加工技术发展历程,概述了当前具有代表性的旋转超声加工机床的主要技术特征,概括旋转超声加工在机理分析和模型建立上的发展,重点介绍了旋转超声波加工技术在钻削、铣削和磨削等方面的应用,最后结合作者近几年的研究成果,提出旋转超声加工技术在机床研制、理论研究、工具制备和实验加工等方面研究的趋势。

关键词:旋转超声加工;加工机理;材料去除模型中图分类号:T B 559

文献标识码:A

文章编号:1000-0054(2009)11-1799-06

Development trends of rotary ultrasonic

machining technology

ZHENG Sh uyou 1,2,FENG Pin gfa 1,X U Xipeng 2

(1.Department of Precision Instruments and Mechanology ,T s inghua University ,Beij ing 100084,China ;

2.College of Mechanical Engineering and Automation ,

Huaqiao University ,Xiamen 361021,China )

Abstract :Rotary ultras onic m achining is a h ybrid m achining process comb ining the material removal m ech anis ms of conven tion al ultrasonic machining an d diam on d grinding ,w h ich has b een sh ow n to be a promisin g,cos t-effective mach ining method for hard,brittle materials.T his paper des crib es recent developm ents in rotary ultrasonic m achining ,the m ain perfor man ce parameters of typical rotary ultrasonic s ystem s and recent developments on modeling of the mach ining mechanism s and material removal.T he m ain ap plications of rotary ultrasonic mach ining,including dr illing ,milling an d grinding,are stress ed.Future developmen t trends in rotary ultrasonic machin ing,includin g mach ine tools ,theoretical models,diamond tool fab rication and experimental research are als o des crib ed.

Key words :rotary u ltras onic mach ining;

machin ing mechanism ;

modeling of material removal rate

超声技术在工业中的应用开始于20世纪10—20年代,是以经典声学理论为基础,同时结合电子

技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。超声技术在机械加工方面的应用按其加工工艺特征,大致分为两类。一类

是带磨料的超声磨料加工,如超声孔加工、超声研磨、超声抛光、超声去毛刺等;另一类是采用切削工具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工,如旋转超声在钻孔、磨削、铣削上的应用,超声电化学、超声振动切削、超声放电加工及超声塑性加工等

[1-2]

。

本文参阅大量国内外研究文献,结合作者的研究成果,综述旋转超声加工技术发展以及当前具有代表性的旋转超声加工机床的主要技术特征,重点分析了旋转超声加工技术的应用,最后提出旋转超声加工研究的趋势。

1　旋转超声加工技术的提出及机床的发展

1927年,美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验,利用超声振动对玻璃板进行雕刻和

快速钻孔[2]

。1940年前后,在文献资料上第一次出现了有用的超声加工(ultr asonic machining ,U SM )工艺技术的描述。1951年,美国的科恩制成第一台实用的超声加工机。在1960年左右,已经看到了各种用途、各种类型和加工尺寸的超声机械加工工具,并且某些型号已经开始进入正常生产[1]

。

U SM 体现了比常规机械加工技术更多的优点。它可以加工导电和不导电材料,并且复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速加工。此外,加工过程不会或较少产生有害的热区域,不会在工件表面带来化学/电气变化,在工件表面上产生的残余压应力可以提高被加工零件的疲劳强度。然而在USM