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超声波二维车削系统硬质合金具有强度高、耐磨性好等诸多优良的物理力学性能,成为航空航天、国防军工、仪器仪表等域中不可或缺的结构材料。但因其脆性高、断裂韧性低等导致切削过程中切削力大、切削温度高、易在已加工表面形成残余拉应力,这已成为严重制约其高效精密切削技术发展的关键问题。以硬质合金的二维超声车削过程为研究对象,对二维超声车削过程的切削刃运动特性、切削力特性、切削温度特性及工件的表面粗糙度和表面残余应力特性展开研究:1、研究了二维超声车削加工原理,建立了切削刃的运动轨迹模型,建立了硬质合金二维超声车削条件下的切削力、切削热模型;根据加工残余应力的形成机理,通过应力加载和释放,建立了二维超声车削残余应力解析模型。2、基于热力耦合作用,建立了硬质合金二维超声车削有限元模型,采用有限元软件Abaqus,对切削力、切削温度和加工表面残余应力进行了仿真及分析;仿真分析了超声切削中刀具几何参数以及超声表征参数对切削力、切削温度以及加工残余应力的影响规律,结果表明超声车削能够有效提高工件表面的残余压应力和工件内部大的残余压应力,同时在一定程度上增大了压应力层的深度。3、基于声学理论研制了二维超声振动系统,搭建了超声切削试验平台,对硬质合金进行了车削试验研究,揭示了工艺参数和超声振幅对切削力和切削温度的影响规律。通过试验对比分析了二维超声车削和传统车削切削力和切削温度的差异性;采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数对切削力、切削温度和加工残余应力的影响。4、基于遗传算法,分别建立了加工残余应力、表面粗糙度的预测模型,并进行试验验证。同时兼顾表面粗糙度和加工残余应力,以大残余压应力为目标变量,以表面粗糙度为约束变量,对硬质合金二维超声车削参数优化进行研究,获得不同粗糙度约束值下的优化加工参数。超声波二维车削系统
超声振动切削，是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。
2. 工作原理
超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中，的有效切削时间很短，大于80%时间的里与工件、切屑分离。与工件、切屑断续接触，这就使得所受到的摩擦变小，所产生的热量大大减少，切削力显著下降，避免了普通切 削时的“让刀”现象，并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，zui高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要高的机床刚性，并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用
。 3. 性能指标
3.1 切削力小，约为普通切削力的 1/3-1/10。
3.2 加工精度高，主要取决于所用机床精度，所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。
3.3 切削温度低，工件保持室温状态。
3.4 不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。
3.5 切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，zui高可达Ra0.2以下。
3.6 被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高。
3.7 加工过程稳定，能有效消除颤振。
3.8 切削液的冷却、润滑作用提高。
3.9 耐用度呈几倍到几十倍提高。
3.10 被加工表面呈压应力状态，零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。
3.11 切削后的工件表面呈彩虹效果。
4. 应用范围
由于超声振动切削有如此多的优点，所以可广泛应用于航空、航天、*等域各种难加工材料的切削加工。
4.1 难加工材料切削：如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。
4.2 加工淬硬钢零件及超硬零件，能得到很高的加工精度和表面质量：用硬质合金可以很轻松地加工硬度达 HRC60以上的
淬硬钢零件，如高速钢、轴承钢等；用 PCD加工硬质合金，可以大大提高的耐用度。
4.3 成型切削：利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。
4.4 细长杆件及薄壁件车削加工。
4.5 超细直径零件车削加工。
4.6 超精密加工。
超声振动切削，是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。
2. 工作原理
超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中，的有效切削时间很短，大于80%时间的里与工件、切屑分离。与工件、切屑断续接触，这就使得所受到的摩擦变小，所产生的热量大大减少，切削力显著下降，避免了普通切 削时的“让刀”现象，并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，zui高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要高的机床刚性，并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用
。 3. 性能指标
3.1 切削力小，约为普通切削力的 1/3-1/10。
3.2 加工精度高，主要取决于所用机床精度，所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。
3.3 切削温度低，工件保持室温状态。
3.4 不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。
3.5 切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，zui高可达Ra0.2以下。
3.6 被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高。
3.7 加工过程稳定，能有效消除颤振。
3.8 切削液的冷却、润滑作用提高。
3.9 耐用度呈几倍到几十倍提高。
3.10 被加工表面呈压应力状态，零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。
3.11 切削后的工件表面呈彩虹效果。
4. 应用范围
由于超声振动切削有如此多的优点，所以可广泛应用于航空、航天、*等域各种难加工材料的切削加工。
4.1 难加工材料切削：如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。
4.2 加工淬硬钢零件及超硬零件，能得到很高的加工精度和表面质量：用硬质合金可以很轻松地加工硬度达 HRC60以上的
淬硬钢零件，如高速钢、轴承钢等；用 PCD加工硬质合金，可以大大提高的耐用度。
4.3 成型切削：利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。
4.4 细长杆件及薄壁件车削加工。
4.5 超细直径零件车削加工。
4.6 超精密加工。
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