制藥工業(yè)、光學(xué)工業(yè)和汽車工業(yè)，以及其他的一些工業(yè)部門對于高負(fù)荷零件的需求日益增加。在這一趨勢中，人們使用了眾多所謂的“高性能材料”，例如陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等。這類材料一方面具有很好的特性（重量輕，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，耐腐蝕等），但另一方面它們的硬脆特性使得傳統(tǒng)的加工方法（例如：磨削、金剛石刀具加工等）對難于加工或使用傳統(tǒng)加工方法的費(fèi)用提高。
基于這種背景，人們應(yīng)用超聲波技術(shù)在制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)了量子躍遷技術(shù)。位于Stipshausen im Hunsrück的Hermann Sauer股份有限公司根據(jù)30多年來在超聲加工領(lǐng)域中的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一種超聲加工新技術(shù)— Ultrasonic。從2001年11月1日GILDEMEISTER集團(tuán)加入High-tech-Schmiede后，該公司已經(jīng)成為歐洲十大切削機(jī)床生產(chǎn)商之一
根據(jù)Ultrasonic的設(shè)計(jì)方案，超聲波對切削加工過程帶來一定的影響，鑲嵌有金剛石微粒制成的銑、鉆、磨刀具以20kHz的頻率（即每秒20000次）切入工件。在超聲波的幫助下，即使是最硬的工件也可以使用較小的力度和較高的進(jìn)給功率進(jìn)行切削加工。
目前采用傳統(tǒng)的加工方法加工硬脆性材料時(shí)，需要分為多道工序進(jìn)行，浪費(fèi)時(shí)間，而且加工費(fèi)用較高，造成極大的損失（由于加工刀具和被加工工件之間的摩擦引起）。而采用超聲波加工，可以根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行直接加工，在加工過程中具有很多優(yōu)點(diǎn)：
—與傳統(tǒng)加工相比，超聲波加工可以最多在5個(gè)面內(nèi)進(jìn)行高質(zhì)量的加工。
—加工后表面光潔度可達(dá)到Ra < 0.2 μm。
—由于采用了整體式自適應(yīng)控制（ADR）和聲學(xué)控制方法（ACC），提高了加工過程的安全性。
—精確鉆孔時(shí)，孔徑最小可達(dá)0.3mm。
—由于力度和熱負(fù)荷小，有利于保護(hù)工件和刀具。
—可自行磨刀的金剛石刀具可以保證較高的切削效率并延長使用壽命。
在進(jìn)行超聲波加工過程時(shí)，需要將一個(gè)高頻電信號轉(zhuǎn)化為一個(gè)力學(xué)運(yùn)動(dòng)量。然后通過一個(gè)調(diào)壓器放大振動(dòng)的幅值。理論上，所使用的金剛石刀具在20kHz（每秒20000次脈沖）的脈沖運(yùn)動(dòng)下將先收縮，隨后出現(xiàn)延伸。當(dāng)達(dá)到幅值或延伸的最大值時(shí)，與刀具固定在一起的金剛石微粒觸及到待加工的工件表面。工件材料被破碎為微小碎屑。
同時(shí)刀具以3000至4000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，一方面為使工件達(dá)到加工精度，另一方面為清除旋轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)切削下的工件材料的碎屑，這些碎屑最終用凈水從工作間中沖走。如果選擇磨削加工，需要使用大量清水沖洗，如果選擇銑或鉆的加工，則需要對主軸進(jìn)行冷卻。
除幅值和使用的控制量以外，金剛石刀具和固定在刀具上的金剛石微粒對加工過程的效率和質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。影響主要取決于金剛石刃的硬度和金剛石微粒的尺寸，特別是取決于刀具承載部分和切削材料之間連接的化學(xué)—力學(xué)特性，這一連接特性必需與Ultrasonic的加工過程相一致。除Ultrasonic的軸以外，粘接材料也會(huì)發(fā)生先收縮再延伸的現(xiàn)象。因此在選擇粘接材料時(shí)要保證：當(dāng)金剛石微粒延伸到最高點(diǎn)時(shí)，仍然保持與刀具之間的粘接足夠牢固。另外還需要具有一定的柔性，使得當(dāng)金剛石微粒受到撞擊時(shí)不至于從刀具上折斷，而僅在大范圍內(nèi)進(jìn)行切削。在這一切削過程中形成了眾多的單刃，因此在使用金剛石刀具進(jìn)行切削加工時(shí)刀具可以自動(dòng)磨刀。在刀具的整個(gè)使用壽命中都可以保證很高的而且保持不變的切削效率。
Ultrasonic加工的環(huán)節(jié)中另一個(gè)重要因素是經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的刀具架（已獲得專利）。一個(gè)錐螺紋可以實(shí)現(xiàn)可靠的形狀連接和力連接，保證主軸和工件之間良好的振動(dòng)傳遞性。這種特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以在加工過程中保證主軸的安全性，使得縱向的振動(dòng)不會(huì)傳遞到主軸軸承并經(jīng)由軸承傳到機(jī)床的機(jī)座上（類似一個(gè)單向止回閥）。
Ultrasonic的技術(shù)成功之處不僅僅在于加工過程的效率，更重要的是能夠保證被加工工件的加工精度和加工質(zhì)量。Ultrasonic技術(shù)能夠被潛在用戶接受的原因受兩個(gè)因素的影響：加工過程的安全性和加工過程的可重復(fù)性，從而保證了Ultrasonic技術(shù)在各種生產(chǎn)環(huán)境中均可應(yīng)用。Ultrasonic機(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控單元擁有各種類型的智能控制算法，實(shí)時(shí)進(jìn)行過程監(jiān)測，給出合適的控制調(diào)節(jié)量，例如：幅值、進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速等，并將根據(jù)滯后誤差做出即刻識(shí)別，以避免刀具的折斷。Ultrasonic機(jī)床幾年來在實(shí)際工作中的性能證明（三班制，經(jīng)常使用情況下）上述措施是行之有效的。
在使用中，可以與自適應(yīng)控制方式（ADR）或聲學(xué)控制方式（ACC）組成兩種控制系統(tǒng)。當(dāng)與ADR聯(lián)用時(shí)，機(jī)床上的標(biāo)尺具有監(jiān)測功能，因此加工中能實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)給量。與ADR面向機(jī)床的工作方式不同， ACC則接收或監(jiān)測工件發(fā)出的聲學(xué)過程信號。如果對工件的表面加工要求高，則需使用ACC控制方式。
無論是ADR還是ACC，都是對物理參數(shù)進(jìn)行測量。智能化控制算法不考慮偶然情況和以往的經(jīng)驗(yàn)。將ACC和ADR組合使用，可以以最佳的靈活性實(shí)現(xiàn)加工效果。例如在開始加工階段，由ADR給出盡可能大的進(jìn)給量，而在表面精加工末期，則自動(dòng)切換為ACC的聲學(xué)信號控制方式。
ULTRASONIC超聲公司首先提供的Ultrasonic系列有兩種類型，X軸350mm和X軸500mm。位于Sauer的DECKEL MAHO公司為上述兩種類型的機(jī)床提供了機(jī)器的基本部件，Sauer對這些Ultraschal機(jī)床的部件進(jìn)行組裝，例如：Ultraschal主軸、Ultraschall發(fā)電機(jī)、振動(dòng)傳感器以及金剛石刀具等。除標(biāo)準(zhǔn)件外，ULTRASONIC超聲公司還補(bǔ)充提供Ultrasonic系列機(jī)床的一系列特殊用途附件，例如用于微加工的生產(chǎn)程序等。
（轉(zhuǎn)載）
