超声波振动切削原理
超声波振动切削装置组成如图2.51所示。图中来自超声波发生器的正弦波形的电振荡 通过换能器变成只有几个微米的机械振动，然后经过变幅杆将振幅放大到15 p^m以上，而连 接在变幅杆前端的刀具就能以相同的频率进行振动。
超声波发生器
超声波发生器是将50 Hz交流电转变成有一定功率输出的超声波频电振荡，以提髙工具 往复振动的机械能。由于功率不同，超声波发生器有多种形式，大功率的以往是电子管式的， 近年来逐渐被晶体管所代替。
换能器
换能器是把髙频电振荡转换成高频机械振动，压电效应和磁致伸缩效应可以实现这种 转换。变幅杆
变幅杆是把电致、磁致伸缩换能器得到的很小的 伸缩变形量加以放大，以满足切削加工的需要。变幅 杆表面有圆锥型、指数锥型和阶梯型三种，如图2. 52 所示。圆锥型变幅杆振幅放大比较小，一般在5〜10 倍，比较容易制造。指数锥型变幅杆振幅放大比较 大，可以达到10〜20倍，性能稳定，但是制造比较困 难。阶梯型变幅杆振幅放大比最大，一般在20倍以 上，容易制造；但受到负载阻力时，振幅减小现象比较W圆锥型 （b)指数锥型 （c)阶梯型 严重，而且工作不够稳定，粗细交接处应力集中易疲 劳破坏，设计超声波振动切削时并不是整个变幅杆和工具都在作上下高频振动。超声波在金属杆内主 要以纵波形式传播•引起杆内各点沿波的前进方向一般按正弦规律作往复振动，并以声速传导 到工具端面，使工具端面作超声波振动。振动切削与传统切削相比,具有以下特点：
①切削力大大减小刀一屑间摩擦因数只有传统切削的1/10，所以切削力可以减小到传 统切削的1/2〜1/10，塑性材料减少得更多。
②切削温度明显降低刀一屑间接触出现间歇，切削热更难以传到切削区，易于冷却，所 以平均切削温度降到与室温差不多，切屑不变色，用手摸不会烫手。
③切削液的作用得到了充分发挥超声波振动切削时会在切削液内产生“空化”作用，一 方面使切削液均勻乳化，形成均匀一致的乳化液微粒;另一方面切削液微粒获得了很大能量， 更容易进入切削区，从而提高了切削液的效果。没有切削液时空气冷却，在10_8 s内刀具前 刀面上就可形成单分子层氧化膜，从而减小了刀屑间的摩擦。
④可提高刀具使用寿命。
⑤可控制切屑的形状和大小，改善排屑状况。
⑥提高加工精度和表面质量。
⑦可提高已加工表面的耐磨性和耐蚀性。
2.5.3振动在切削过程中的作用
有关振动在切削过程中的作用，到目前为止还没有比较统一的观点，但大致可以分为以下 几种，分别作简要介绍。
摩擦因数减小
振动切削可以使摩擦因数大大减小，因为振动可使相互接触材料间的静、动摩擦因数减 小；振动切削可使切削液产生“空化”作用，使切削液充分发挥作用；此外，在无切削液作用的瞬 间，前刀面生成了氧化膜，这同样可使摩擦因数减小。
剪切角增大
振动切削时，刀具冲击被切材料产生的裂纹深度比实际切削长度大的多，在刀具前方会产 生裂纹形成偏角，从而使实际剪切角增大。
工件刚性化
当采用超声波振动切削时，在稳态切削条件下，整个系统的等效弹性系数比原系统弹性系 数一般增大3〜10倍，所以我们可以看出采用振动切削能提高工件刚性。
应力和能量集中
超声波振动使切削力和能量集中在切削刃前方工件材料很小范围内，工件材料原始晶格 结构变化很微小，因此加工表面质量好，加工硬化和加工变质层均很小。
相对静切削时间小
超声波振动切削时，在每个振动周期内只有短时间在切削，其余大部分时间里刀具与工件 是分离的，所以振动切削的相对静切削时间短。