③ 工具。超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使磨粒和工作液以一定的能量冲击工件，并加工出一定的尺寸和形状。

工具的形状和尺寸决定于工件表面的形状和尺寸，两者相差一个“加工间隙"（稍大于平均的磨粒直径）。当工件表面积较小或批量较少时，工具和变幅杆做成一个整体，否则可将工具用焊接或螺纹连接等方法固定在变幅杆下端。当工具不大时，可以忽略工具对振动的 影响，但当工具较重时，会减低振动系统的共振频率；工具较长时，应对变幅杆进行修正，以满足半个波长的共振条件。

整个振动系统的连接部分应接触紧密，否则超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹连接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间隙，因为超声波通过空气时会很快衰减，换能器、变幅杆或整个振动系统应选择在振幅为零的驻波节点。

按照波动的合成原理，当系统处在共振状态时，只有在此驻波节点平面内，从单方向入射波和反方向反射波引起的质点位移恰好大小相等方向相反，其合成位移始终为零。例如，换能器长度1/2处的中间截面上的任何点，即为静止不动的波节点，向两端处振幅即逐渐增 大，到换能器与变幅杆交界面上振幅为最大，称波腹点。以后振幅又逐渐减小再次出现波节 点，到工具端面处再次出现振幅更大的波腹点，整个振动系统应选择波节点支承固紧在机床上（见图2-17）。

  图2-17超声振动系统的固定

 1——振幅；2——波节点；3——冷却水

在超声加工中，工具在纵向和横向都会磨损，工具端面的磨损是主要的，侧面的磨损仅占全部磨损的1/10。这样不仅直接影响加工速度和加工精度，而且会破坏振动系统的共振条件，降低加工效率。工具磨损量的大小主要取决于工具材料、结构和工件材料（见表2-3）。试验表明，加工一般硬脆材料，多用45钢或碳素工具钢作工具材料，因为这些材料具有抗疲劳强度高、比较耐磨损、加工容易的特点。如果要求加工精度较高时，采用硬质合金或淬火钢较好， 必要时可采用金刚石表面镀覆工具。

注：实验条件：工具振动频率20kHz，工具振幅51µm，工具直径ϕ6. 4mm，磨料为100碳化硼，最佳静压力下加工。

（3）机床

超声加工时，工具与工件间的作用力很小，加工机床只需实现工具的工作进给运动及调整工具与工件间相对位置的运动，因此，超声加工机床一般比较简单，包括支撑振动系统的机架及工作台面，使工具以一定压力作用在工件上的进给机构、床身等部分。图2-18是常用的超声加工机床示意图，图中4、5、6为振动系统，安装在一根能上下移动的导轨上；导轨由上下两组滚动导轮定位，使导轨能灵活可靠地上下移动。工具的向下进给及对工件施加压力靠 振动系统自重，为了能调节压力大小，在机床后面有可 加减的平衡重锤，也有采用弹簧、磁斥力或其他办法加压的。

目前，超声加工机床已形成规模和市场，发达国家则尤其突出，各种机电一体化、自动化、精密化超声加工机床不断进入市场。图2-19是典型的超声加工机床，特采用数控立式铣床结构，在床体上安装了2个数控精密工作台分别作为X轴和Y轴工作台；旋转超声振动装置安装在Z轴上；称重传感器一端与工件相连接，另一端固定在X轴上；磨料悬浮液循环系统采用磨料泵向加工区供应磨料悬浮液。

（4）磨料悬浮液循环系统及换能器冷却系统

简单的超声加工装置，其磨料是靠人工输送和更换的，即在加工前将悬浮磨料的工作液浇注在加工区，加工过程中定时抬起工具和补充磨料。也可利用小型离心泵使磨料悬浮液搅拌后浇注到加工间隙中，对于较深的加工表面，应经常将工具定时抬起以利磨料的更换和补充。大型超声加工机床都釆用流量泵自动向加工区供给磨料悬浮液，且品质好，循环良好。此外，工具和变幅杆尺寸较大时，可在工具和变幅杆中间开孔，由孔内抽吸磨料悬浮液，对提高加工质量有利。

效果较好而又最常用的工作液是水，为了提高表面质量，有时也用煤油或机油作工作液。磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化铅等。其粒度大小是根据加工生产率和精度等要求选定的，颗粒大的生产率高，但其加工精度及表面粗糙度则较差。

换能器冷却系统一般常用流量为0. 5~2. 5L/min的冷却水，通过环状喷头向换能器周围喷水降温。