超声加工技术发展趋势和未来展望（一）

        超声加工技术已经涉及到许多领域，在各行各业发挥了突出的作用，但有关工艺与设备的相关技术有待于进一步研究开发。

(1) 超声振动切削技术

随着传统加工技术和高新技术的发展，超声振动切削技术的应用日益广泛，振动切削研究日趋深入，主要表现在以下几个方面。

        ①研制和釆用新的刀具材料。在现代产品中，难加工材料所占的比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高。为了更好地发挥刀具的效能，除了选用合适的刀具几何参数外，在振动切削中，人们将更多的注意力转为对刀具材料的开发与使用上，其中天然金刚石、人造金刚石和超细晶粒的硬质合金材料的研究和应用为主要方向。

        ②对振动切削机理深入研究。目前，虽然对超声振动切削机理的研究内容相对较多，且取得了一定的成果，但由于受到理论分析和检测手段等诸多原因的限制，对其机理的研究大都是根据各自的试验表象以及所得到的工艺效果分析而得，尚缺乏统一的、科学的定量描述和认识，对其机理的研究也成为这一技术能否在实际生产中进行大规模推广利用的前提。

        当前和今后一个时期对振动切削机理的研究将主要集中在以下几个方面。第一，研究超声振动状态下工件上多余金属是如何与工件相分离并形成切屑的，位错理论是超声振动切削过程中切屑形成的较好解释。第二，对超声振动切削过程进行动力学分析，得出超声振动切削过程中的位移、速度、加速度，以及刀具与工件的相互力学作用。第三，对超声振动切削工艺过程进行数学描述并建立数学模型。对超声振动切削过程的数学描述和数学模型建立是我国超声振动技术研究的重要内容，通过数学模型的建立，能够为超声振动切削的深人研究和超声振动技术的实际应用提供良好的理论基础。第四，对超声振动切削机理的研究向着微观方向突破。随着电子仿真和众多力学、电磁学等工程分析软件的运用，对超声振动切削微观机理的研究进人新的阶段，诸如利用有限元分析软件ANSYS 等分析振动切削过程中的应力、应变，在微观层面分析切削机理。

        ③设计和发展新型超声振动系统与实用高效的设备裝置。通过政变某个单独的零部件，配之以相应的控制系统，而不需要改变机床或装置的整体结构，设计一个或数个机床附件，实现超声加工；采用大功率的振动切削系统不断地提高加工效率、减少能耗；针对不同领蜮加工的需要，开辟新型超声加工系统，如对变幅杆进行不同于以往结构形式的设计、设计超声拉丝换能器等，这些都是未来超声振动系统区其相应设备装置设计研究的重要考虑方向。

        ④超声椭圆振动切削的研究与推广。超声椭圆振动切削已受到国际学术界和企业界的重视。美国、 英国、德国和新加坡等国的大学以及国内的北京航空航天大学和上海交通大学已开始这方面的研究工作。日本企业界如日立、多贺和 Towa公司等已开始这方面的实用化研究工作。目前，我国设计出高频超声椭圆振动精密切削，其相对目前一般的椭圆振动和普通低频超声振动具有减低切削力、提高加工精度的效果，并且可采用更高切削速度，从而可以提高工作效率。超声椭圆振动切削在理论和应用方面还有许多工作要做。尤其是对硬脆性材料的超精密切削加工、微细部件和微细模具的超精密切削加工等方面还需要进一步研究。

        ⑤超声铣削加工技术。超声铣削加工是比较新的加工方法，关于加工参数优化方面的资料较少，需要加强研究，以便为超声铣削提供参考。大连理工大学提出了基于分层制造原理的超声液铣削加工技术，该技术采用简单形状工具，依靠机床的成形运动逐层加工复杂的三维型面，使复杂的工具形状补偿问题转化为简单工具轴向补偿问题，极大地简化了工艺过程和数控工具补偿的难度，使加工带有尖角和說边的复杂型面三维工程陶瓷零件成为可能，为工程陶瓷和其他超硬材料的广泛应用提供了有力的技术支持，未来需加大对该技术的优化研究和实际生产应用推广。