超声波加工设备的应用与发展

超声波设备如图3-51所示，由超声波发生器、超声波振动系统、机床本体和工作液循环系统等组成。

1.超声波发生器

超声波发生器，其主要作用是将50Hz交流电转变成具有一定输出功率的超声波电振荡。

2.声学部件

声学部件，其主要作用是把高频电能转化为机械振动，并以波的形式传递到工具端面。声学部件是超声波设备中的重要部件，主要由换能器、振幅扩大棒和工具等组成。

图3-51 CSJ-2型超声波加工机床

1—支架 2—平衡锤 3—工作台 4—工具 5—振幅扩大棒 6—换能器 7—导轨 8—标尺

换能器的作用是将超声波的电振荡转变为机械振动。目前，常用的换能器有压电效应式换能器和磁致伸缩效应式换能器两种。前者能量转换效率高，体积小；后者功率大。

振幅扩大棒，也称变幅棒。用它将原始振幅由0.005～0.01mm放大到0.02～0.1mm（超声波加工所需的最小振幅）。变幅杆是一根上粗下细的杆子，将其大端与转换器的轴截面相连，小端与工具相连。

变幅杆之所以能扩大振幅，是因为通过任一截面的能量是相等的，从大端传递的能量通过小端时，其能量密度变大，而波的能量密度正比于振幅的平方，因此振动的振幅也越大。从而满足超声波加工的需要。变幅杆的形式有图3-52所示的圆锥形、指数形和阶梯形等。(www.xing528.com)

图3-52 振幅扩大棒

a）圆锥形 b）指数形 c）阶梯形

3.机床本体

超声波加工机床本体，包括支承声学部件的机架、工作台和工具的进给机构以及床体等。平衡锤用于调节压力。

4.磨料工作液及其循环系统

超声波加工的磨料，通常为碳化硼、碳化硅以及氧化铝等，其粒度大小根据被加工的模具精度要求和生产效率等综合考虑：磨料颗粒大，则生产率高，但加工出的模具零件精度低，表面质量较差。

作为工作液，最常用的是水。为了提高表面质量，有时选择机油或煤油作工作液。

磨料的输送，视加工装置的繁简程度而定：简单地超声波加工装置，一般是靠人工输送和更换，即在加工前将悬浮的工作液堆积在加工区，加工过程中定时抬起工具补充磨料。也可利用小型离心泵使磨料悬浮搅拌后浇注到加工缝隙中。即使如此，加工深度大的表面仍需经常抬起工具，以便磨料的补充和更换。