超声振动切削在某细长轴加工中的应用研究

2013-08-12徐国纪李凯东

河南科技 2013年18期

徐国纪李凯东

（1.西仪股份有限公司，陕西西安 710082；2.西安帕沃辐电气工程有限公司，陕西西安 710082）

1 概述

细长轴的典型加工工艺是车削加工，但对于本文中材料是T2 铜、表面粗糙度Ra0.4、面轮廓度0.01mm 要求的细长轴来说，普通的车削根本无法满足。超声振动切削具有切削力小、加工表面粗糙度低、刀具耐用度高的优点，我们通过对细长轴工艺零件的分析，介绍了振动车削加工工艺流程，提出采用超声振动切削技术对细长轴加工，可以满足细长轴的几何特征要求。

2 零件工艺性分析

在机械制造中，轴类零件是较为典型的零件，其不但承担着荷载的承受能力，而且对于传递扭矩以及传动其他的零部件运作都起到了支承的作用。现代的机械设备不但要求精确度很高，而且还要保持高速的运转状态，那么，机械设备的性能会直接受到轴类零件精度（尺寸偏差、几何形状、相互位置）的影响。

在轴类零件当中，长径比大于20 的，被称为细长轴零件。随着工业的发展，细长轴类零件被广泛地应用到各领域当中，而对其精度要求就越来越高了。如果采用普通切削的方式，很容易在切削力的作用下产生振动弯曲，并因为切削过程中所产生的热量造成线膨胀并产生弯曲变形。零件图见图1。

图1 细长轴加工零件图

2.1 传统加工采用的车削和磨削加工工艺

2.1.1 车削。车削时由于法向力大工件发生振动，工件变形大，尺寸控制不准。表面粗糙度更无法控制。

2.1.2 磨削。即使采用专用砂轮磨削仍无法克服法向力大，轴弯曲变形的问题，加之砂轮修磨频繁，工作效率极低。而磨削后的粗糙度Ra0.8－1.6mm 也无法满足技术要求。

所以采用传统车削和磨削的方法，无法满足该细长轴的要求。

2.2 超声振动车削

超声震动车削是在传统切削技术的基础之上，施加了超声振动，从而获得很好的加工性能。具体操作上，当沿着切削方向进行车削的时候，要将车削的振动频率局限在超声波范围内，即振动频率f=20～50KHz、振幅a=10－25μm。

采用超声振动车削，具有传统的车削方式所不具备的优点。

2.2.1 降低切削力。从微观上看，振动车削属于是一种脉冲切削，刀具在一个振动周期当中，绝大部分时间都是处于与切屑完全分离的状态，所以有效切削时间非常的短暂，那么，其切削力也会因此而大大减弱，只有普通切削力的1/3－1/10 左右。

2.2.2 提高了加工精度。在使用普通的车削方法，需要注意“让刀”，而使用超声振动车削则可以避免这一现象，因为是脉冲切削，所以在一个振动周期内，刀具与工件基本上都是出于完全分离状态。也就是说，切削动作是在瞬间产生的，从而，会维持刀刃所处的位置，加工精度有所提高。即便是存在微小吃刀深度，也往往会小于0.01mm，按照预定的切削深度进行精密加工成为可能。

2.2.3 不会产生变形。超声振动切削时，由于脉冲切削的刀具与工件之间的摩擦几乎不存在，释放的热量大幅度减少，所以一般都会保持室温状态。因此，工件不会因为膨胀而有所变形。

2.2.4 粗糙度降低。采用超声振动切削技术，可以使被加工的零件更为“刚性化”，提高了其耐磨性和耐腐蚀性。刀具寿命有所提高。由于加工过程稳定，颤振现象得到有效消除，因此不但降低了表面粗糙度，而且还避免了毛刺产生，更不会产生积屑瘤。

切削后效果。采用超声振动切削技术，实现了细长轴加工的精细加工。超声的空化作用使切削液的冷却作用和润滑作用也因此而有所提高，使切削后的工件表面呈现出了彩虹效果。鉴于超声振动切削的这项技术的优点，对于细长轴的加工工艺要求是完全可以满足的。