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一、引言
超声波高精密磨床是超声波技术在金属加工上的新应用，是对塑性金属材料表面进行光整加工的一种新技术，将其应用于工件外圆表面光整加工，可有效降低表面粗糙度，提高表面耐疲劳强度和零件的加工精度。实践表明，超声振动挤压加工系统的性能对加工效果有着直接影响。在传统机床上，用普通刀具将工件尺寸加工基本到位后，再用超声波高精密磨床代替原普通刀具处理一遍，可使被加工工件表面光洁度提高3级以上（粗糙度ra值可达0.1以下）媲美于研磨和电镀功能、表面显微硬度提高20％以上，并降低金属表面的摩擦系数提高了工件的表面抗磨磨性和耐腐蚀性。该产品适用于硬度低于55hrc之钢、铁、铜、铝不锈钢等材质，广泛应用于机械、汽车、军工，桥梁、航空航天等领域（如电机轴、活塞杆、液压油缸、刹车片等精密部件）.
二、超声波高精密磨床设计原理
   超声振动挤压加工(以下简称振动挤压)过程的力学原理。挤压加工时工具头在预压弹簧的作用下与工件表面相接触。在超声波发生器的驱动下，工具头产生纵向超声振动，对旋转工件的表面进行光整加工。在工具头静压力和高频冲击力的作用下，工件表面的微观峰谷被压平，同时表层金属产生塑性变形强化，形成压应力，提高了零件表面的耐疲劳强度。
三、相比于传统工艺具有如下优点：
    1. 使工件外观粗糙度达到ra0.1甚至更高，对圆度、同轴度有一定的修正，同时外层硬度有8﹪-20%的提高。
    2. 能够去除在切削过程中的切削应力及工件本身带有的应力
    3. 加工工件的耐腐蚀性提高，在更大领域中替代磨床及超越磨床，使生产成本大大降低。
    4. 减少工件的安装和移动，可以在车床上一次性完成,避免多次装夹和节省工作量，从而也减少工件损伤几率
    5. 功率驱动采用进口功率igbt模块，频率精度控制在0.01hz内，使得工件获得较好的加工效果。
    6. 采用高度集成化数字技术，结构紧凑合理，体积小，重量轻，使用方便，安装简单，可自由移动。
    7. 工作模式及参数全部数字化自由设定，操作简单，工作可靠，运行平滑，稳定性好，无噪音。
    8. 根据负载的变化自动调整功率输出，效率高，节能卓越。输出功率及振幅根据客户需要自行设定，以达到良好的加工效果。
9. 功耗小，效率高，维护简单方便，减少运行成本。
四、 超声波高精密磨床设备的应用范围
    1 棒、管的外圆表面处理。  2 平面表面处理。
    3 内孔表面处理。          4 薄壁套筒型零件表面处理。
    5 锯齿形工件表面处理。    6 齿轮工件工作表面处理。
7 轴承内外圈表面处理。    8 圆弧过度表面处理。
 五、相比于传统工艺具有如下优点：
    1. 使工件外观粗糙度达到ra0.1甚至更高，对圆度、同轴度有一定的修正，同时外层硬度有8﹪-20%的提高。
    2. 能够去除在切削过程中的切削应力及工件本身带有的应力
    3. 加工工件的耐腐蚀性提高，在更大领域中替代磨床及超越磨床，使生产成本大大降低。
    4. 减少工件的安装和移动，可以在车床上一次性完成,避免多次装夹和节省工作量，从而也减少工件损伤几率
    5. 功率驱动采用进口功率igbt模块，频率精度控制在0.01hz内，使得工件获得较好的加工效果。
    6. 采用高度集成化数字技术，结构紧凑合理，体积小，重量轻，使用方便，安装简单，可自由移动。
    7. 工作模式及参数全部数字化自由设定，操作简单，工作可靠，运行平滑，稳定性好，无噪音。
    8. 根据负载的变化自动调整功率输出，效率高，节能卓越。输出功率及振幅根据客户需要自行设定，以达到良好的加工效果。
9. 功耗小，效率高，维护简单方便，减少运行成本。
六、超声金属表面加工设备加工后的效果
 （一）提高加工零件的性能指标: 
     1、表面光洁度提高3个等级以上，粗糙度值达ra0.1以下，最低可达ra0.0125。
     2、表面显微硬度提高20%~50%。
     3、表面耐疲劳性提高200%以上。
     4、对工件表面进行机械能量渗透，使被加工表面具有很高的耐摩擦磨损性，表面耐磨层厚达0.2mm.
 （二）使用方法简便：
    在普通车床上即可使用，将工件外圆尺寸加工基本到位后，再用超声波金属光亮机刀具代替普通刀具进行加工，加工一遍即可实现被加工工件表面质量质的飞跃。表面光洁度提高3级以上（粗糙度值达ra0.1以下，最好可达ra0.0125）。表面显微硬度提高20%~50%；并且大幅度提高外圆表面的耐摩擦磨损性和耐腐蚀性。
    （三）应用范围广泛：
    1 棒、管的外圆表面处理。  2 平面表面处理。
    3 内孔表面处理。          4 薄壁套筒型零件表面处理。
    5 锯齿形工件表面处理。    6 齿轮工件工作表面处理。
    7 轴承内外圈表面处理。    8 圆弧过度表面处理。
    （四）处理效果显著：
    经过处理加工的金属表面具有传统压光与喷丸强化的综合效果。
    1 处理后的金属表面粗糙度比光整前降低3个等级以上。
    2 处理后的工件表面硬度一般提高20%-50%。
    3 处理后的金属表面抗腐蚀能力比未光整的金属表面提高数倍，最大可达100倍以上。
    4 处理后的金属表面，应力场发生改变，有利于金属工件综合使用性能的提高，使用寿命可延长2-3倍。
    5 处理后的金属表面抗疲劳性能一般增加200%-250%。
    6 处理后可以消除金属表面微观缺陷，减少工件使用的初期损伤。
    7 处理后的金属表面的磨擦阻力大大降低，一般可降低35%以上。
 七、超声波高精密磨床设备的特点 
超声波高精密磨床设备是可显著提高动力负荷下的构件的强度和使用寿命的表面层增强的机械方法。这种方法经过几十年的验证，在很多工业领域的应用中取得了巨大成功。尤其对旋转对称的构件十分有效，但这种方法也不仅限于此。借助于超声刀具技术，同样可加工自由形状表面或薄壁的构件。 
    在下列情况下，超声波高精密磨床设备有特别的应用： 
    •由于动力载荷而出现的材料疲劳（例如，旋转的扭曲） 
    •由于尖锐过渡边缘造成的切口作用、加工造成的刻痕、腐蚀性点状锈斑或摩擦腐蚀 
    •由于加工条件而产生的压缩内应力而造成的强度问题（比如，焊接或切削）   
•应力腐蚀裂纹 
    •滚压接触造成的疲劳 
    这种表面层增强的方法是基于三种物理作用：滚光、去内应力和冷硬化。只通过深滚压就可产生这三种作用，通过这种方法可使抗疲劳强度显著提高。 
    在超声波高精密磨床设备加工过程中，辊主体，或者是一个球体或者是一个辊，对工件的表面进行瞬间高温压迫。接触范围的挤压超过了屈服强度时，边缘层就发生弹性塑性变形。是通过超声波产生很高的机械能量让表面塑性变形，再用很小的压力让表面平整.光洁。超声波给工件一个高达每秒二万多次的高频振动，把工件本身的以及新产生的内应力随之消除掉。
在变形过程中，辊主体的负荷尤其会产生粗糙的尖峰。通过这种方法，使粗糙尖峰被向下挤压，材料流向侧边，并且填满谷底，使谷底平面升高。有一种说法认为，材料的边缘层被这种加工方法弄得密实，这只是在有蓬松的材料时才会发生。在超声波金属光亮机加工过程中，直径的变化取决于变形情况，只是在微米的范围内发生，可在预先加工时考虑。 
    因为变形是在热的状态下进行的，也就是说，是在材料达到瞬间再结晶温度一下发生的，然而瞬间降温使外层硬化。通过塑性变形，对材料的晶格结构产生了扰动。位错密度的提高增强了边缘区域的强度，因而阻止了裂纹生成或者说延缓了裂纹的生成。 
    超声波高精密磨床过程 ：
   从运动的角度上说，超声波高精密磨床与车削和铣切操作很相似，既可通过穿刺式（对小的半径）进给，也可进行针对自由形状采用线形进给运动。为了避免在工件的边缘区域出现很陡的倾斜，滚光力或者压力的形成有一定的延迟。通过这种逐渐的升高，可避免形成切口。 
    由于有这样简单的运动，这种方法就可应用于普通的机床数控车床等。超声波高精密磨床设备——可用在数控中心车床和铣床上。可通过一次工装设置就对工件直接在标准机床上进行切削成型的工件加工
    在电机轴.船尾轴.汽轮机轴和活塞杆的大批量生产中，也可应用特殊机器进行加工。
八、超声波高精密磨床与磨床滚压比较   
磨床是去量磨削加工，而超声波高精密磨床不是是去量加工。磨床加工工件要留有很大的磨量一般（0.5～0.8mm）。
（一）超声波高精密磨床只要在图纸尺寸公差范围+0.025-0.035mm加工即可。
    （二）超声波高精密磨床的工件表面粗糙度能达到ra0.1甚至更高，而磨床最高也就能达到ra0.3—0.4
    （三）超声波高精密磨床完后工件表面的显微硬度提高8%～20%，从而提高工件的寿命，而磨床不能提高工件表面的硬度。
    （四）超声波高精密磨床不会损伤工件表面，有专门的柔性装置使工件外观表面保持一致性。而磨床在吃刀量很大时易烧伤工件使外表面不一致。
（五）生产效率提高大约60%。加工成本可降低40%，甚至更高。主要表现在1.减少装夹次数，2.减少重复对刀 3.减少加工时间4.省电 5.节省空间
    （六）每一个工具头的理论寿命为≤8万千米（必须按照正规的操作加工）
    （七）超声波高精密磨床不改变工件的几何尺寸，只要在车床上加工到工件尺寸公差上差+0.025～0.035mmra6.3以上即可超声加工。超声波高精密磨床只提高工件的粗糙度、外层显微硬度、取消工件内部应力以及对圆度、同轴度的修正。所以工件的精度在于车削精度。
    （八）操作简单普通车工都能操作，无需磨床工人的复杂操作。
  九、超声波高精密磨床与传统技术对比
    超声波高精密磨床技术与传统的滚压技术的相结合，它是一种超声波技术引用在机械行业的一次重大技术创新。它与传统的滚压技术相比，是一种量变与质变的本质区别。
    解决问题的出发点不同；传统的滚压技术就是给工件一个很大的压力，使工件表面的刀纹一次冷塑性变形，它是把凸起的点通过挤压填补凹坑的过程，然而表面光滑的一层薄薄的金属层没有真正的与工件母体融合。它是一种冷塑性变形，纯挤压的过程。然而本产品则从本质上改变了传统滚压的缺陷，就是通过超声波产生很高的机械能量让表面塑性变形，再用很小的压力让表面平整.光洁。超声波给工件一个高达每秒二万多次的高频振动，把工件本身的以及新产生的内应力随之消除掉。
    形式不同；传统的滚压技术形式复杂，调整的范围很小。然而本产品技术无需尺寸调整，使用广泛，操作简单方便。
    加工外观效果不同；传统的滚压技术加工出来的工件表面是暗白色，最高光洁度也只能达到ra0.2 。然而本产品技术加工出来的工件表面颜色为乌亮、清洁，外观光洁度能达到ra0.1 ，甚至更高。
科技含量不同和效率的对比；传统工艺技术和现代新技术工艺的相对峰。效率和传统的滚压工艺相比有了很大的提高。

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