工程陶瓷孔复频超声加工方法的研究

方桂飞，王时英

（太原理工大学 机械工程学院及精密加工山西省重点实验室，山西 太原 030024）

1 引言

近年来，国内外提出了多种工程陶瓷的加工方法，如激光加工、电火花加工、超声加工等[1]。相对于传统加工方法，激光加工和电火花加工虽然可以极大地提高陶瓷加工的效率，但是却依赖于材料的导电性，会产生热物理作用，并且加工后会破坏工件的表面组织，甚至会出现烧伤等现象。目前工程陶瓷等硬脆材料的主要加工方法为超声加工[2-3]。超声加工虽然在一定程度上提高了加工效率，改善了加工表面质量，保证了形状尺寸精度[4]，但其设备操作复杂，成本居高不下，运动部件较多，因此仍然难以大范围的进行推广应用。主要介绍了一种新型的超声加工方法，即复频超声加工，分析研究了复频超声加工原理，建立了自由质量块的数学模型，并对分析结果进行了实验验证。

2 复频超声加工原理

2.1 复频超声加工的工作原理

复频超声加工的工作原理，如图1所示。复频超声装置主要由换能器和变幅杆实现超声振动；变幅杆与支架在其节点处过盈连接，支架通过压板固定在机床X向导轨上；钻头通过螺纹与变幅杆输出端连接；被加工陶瓷安装在工作台上，并通过压板固定；工作台安装在机床Z向导轨上。加工时，复频超声加工装置沿横向和纵向移动，用以加工不同位置的孔，工作平台沿垂直方向做微量进给，以保证加工过程的平稳进行，同时变幅杆驱使钻头做纵向超声振动，在振动冲击作用下达到去除材料的目的，完成加工过程。……