超声辅助磨削技术

　　超声辅助磨削技术是采用电镀或烧结法制备的固结超硬磨料（金刚石和立方氮化硼）磨削工具，在磨削工具或工件上施以超声振动的复合加工方法。

　　根据施加超声振动的方式不同，分为两种形式：一种是在传统磨床的基础上，通过在工件上施加超声振动，实现超声辅助磨削加工。图11所示为在一种在传统卧式平面磨床上通过对工件上施加超声振动进行加工的典型超声辅助磨削加工装置。另一种是利用数控机床或加工中心，将超声振动施加于旋转的磨削工具上实现超声辅助磨削加工，也称为旋转超声加工（RUM）。图12所示为采用超声振动旋转工具的超声辅助磨削加工系统。

　　超声辅助磨削加工系统包括超声加工电源、超声功率传输装置、超声振动刀柄、磨削工具和加工机床等，该系统中的超声振动刀柄内集成有超声换能器和传输超声装置，采用通用刀柄（如HSK、BT和SK等刀柄系列）结构与不同的数控机床或加工中心的主轴连接，可夹持杯型砂轮、平行砂轮、空心磨头、圆柱磨头、球形磨头等不同结构形式的磨削工具。该系统利用磨削工具的轴向超声振动和旋转运动，并结合数控机床或加工中心的加工运动，可以实现平面、内外圆面、制孔、型腔和复杂曲面的超声辅助磨削。

　　采用超声振动刀柄夹持电镀金刚石砂轮加工了碳纤维复合材料、铝基碳化硅复合材料、反应烧结碳化硅陶瓷和光学玻璃等难加工材料取得较好的加工效果。其中采用电镀金刚石杯形砂轮进行碳纤维复合材料超声辅助平面磨削和普通磨削后的加工表面和砂轮表面形貌分别如图13和图14所示。结果表明超声辅助磨削加工的表面纤维丝翘起较少，边沿没有毛刺；超声辅助磨削后的工具表面磨粒磨损小，工具表面几乎没有堵塞现象；超声辅助磨削时磨削力可以降低约50%，表面粗糙度改善约10%~30%[13]。超声辅助磨削加工C/SiC陶瓷基复合材料，磨削力可降低约20%，表面粗糙度可改善约30%。

　　以固结金刚石的空心磨头为磨削工具“以磨代钻”是进行陶瓷、玻璃和复合材料等硬脆难加工材料高效精密制孔的有效加工方法。在此基础上，采用超声振动刀柄夹持电镀或烧结金刚石空心磨削工具，可以实现这些硬脆难加工材料的超声辅助磨削制孔，其加工原理如图15所示。

　　利用电镀金刚石空心磨头对碳纤维复合材料进行超声辅助磨削和普通磨削制孔加工,加工后的出口形貌和工具表面形貌如图16和图17所示.由图可以看出超声辅助磨削加工孔的出口处几乎没有毛刺工具磨损较小，几乎没有堵塞现象。采用金属结合剂金刚石空心磨头进行陶瓷基复合材料超声辅助磨削制孔，与普通磨削制孔相比，轴向磨削力可以降低约60%，加工效率可以提高约10%，且孔壁和进出口质量明显改善。

　　近年来，德国在超声辅助加工技术应用方面处于领先水平。德国的Hermann Sauer公司和Deckel Maho公司将超声技术和先进的机床技术相结合，开发出了ULTRASONIC系列超声复合加工中心，已在光学、 医药、半导体、汽车和航空航天等工业领域得到应用。

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