随着精密制造技术的不断发展,超声波辅助加工技术与陶瓷雕铣机的结合,为陶瓷材料的加工开辟了新的可能。陶瓷材料因具有高硬度、耐高温、耐腐蚀等特性,广泛应用于航空航天、医疗、电子等领域,但其脆性和高硬度的特性也使得传统加工方法面临挑战。
鑫腾辉陶瓷雕铣机的超声波辅助系统通过高频振动降低切削阻力、减少热损伤和材料裂纹,显著提升了加工精度和效率。

技术原理

超声波机床通过压电陶瓷换能器将高频电信号转换为机械振动,驱动刀具以每秒20000-50000次的频率进行轴向或径向振动。振刀具在单个振动周期中仅约30%时间与工件接触,其余时间脱离接触,显著降低摩擦和切削热,形成高频振动切削机制。
在能量传递与材料去除方面,振动能量通过变幅杆放大后传递至刀具端部,使刀具以微米级振幅冲击工件表面。对于硬脆性陶瓷如碳化硅、氧化铝,这种高频冲击可诱导材料以微破碎形式被去除,而非传统切削的塑性变形,从而减少崩边和微裂纹。
超声波振动与机床主轴的旋转运动、进给运动叠加,形成三维复合加工轨迹。通过数控系统CNC精确协调振动频率、振幅与切削参数,实现复杂陶瓷结构的高效加工。
 

显著优势

超声波振动加工通过高频振动切削,使刀具与工件的接触时间大幅减少,从而有效避免了传统加工中因持续接触而产生的热量积聚和刀具磨损问题。这一独特的工作原理,使得加工后的表面粗糙度可低至Ra 0.1μm以下。相较于传统加工工艺(Ra 0.4μm以上)实现了质的飞跃。

在脆性材料的加工过程中,崩边问题一直是困扰工程师的难题。然而,超声波振动加工技术的出现,为这一问题提供了完美的解决方案。它能够将碳化硅等脆性材料的崩边宽度控制在10μm以内,相较于传统加工方式,崩边宽度降低了50%-80%。

这一显著的改进,不仅提高了产品的外观质量,更重要的是,它能够有效减少因崩边而产生的应力集中,从而增强产品的结构强度和可靠性,为高精度、高性能的脆性材料加工开辟了新的道路。

超声波振动加工技术在提升加工效率的同时,还能够有效控制加工成本。首先,超声波振动使切削力大幅降低,仅为传统加工的1/3-1/10。这一变化不仅减轻了机床的负载,还允许采用更高的进给速度,加工效率可提升20%-40%,材料去除率显著提高。

其次,间歇切削的方式减少了刀具与工件之间的摩擦热和磨损,金刚石刀具的使用寿命可延长3-5倍。这意味着换刀频率大幅降低,耗材成本也随之减少,从而为企业带来了显著的经济效益。

应用领域

超声波陶瓷雕铣机在陶瓷精密加工的优势使其在广泛的领域得到的应用与发展,如航空航天、生物医疗、电子通信、新能源汽车、精密光学与高端制造等行业。
在航空航天领域中,通过高频振动减少刀具与 工件的接触应力,降低脆性陶瓷的崩裂风险。优化切削热分布,避免高温导致的材料变形,尤其适用于碳化硅、氧化铝等耐高温陶瓷的精密加工。
飞机发动机的陶瓷涡轮叶片更是通过超声波辅助雕铣机加工后,表面粗糙度显著降低,寿命延长。
在生物医疗领域中,对陶瓷植入物,如人工关节、牙科修复体的生物相容性和尺寸精度要求极为严格。需要减少加工过程中的热影响,避免因高温引发的材料变性,确保生物陶瓷(如氧化锆、氮化硅)的化学稳定性。
通过精确的振动控制实现复杂曲面加工,例如人工髋臼的微孔结构雕刻,增强骨组织结合能力。此外,超声波辅助技术还能提升陶瓷牙冠的边缘密合度,减少术后并发症。
光学陶瓷镜片、激光器组件等对表面光洁度要求极高。超声波振动结合金刚石刀具,可实现无损伤镜面加工,表面粗糙度Ra值低于0.1μm。在珠宝行业,超声波辅助雕铣机可对陶瓷或宝石进行精细雕刻,提升艺术品的细节表现力。
 
超声波辅助加工技术为陶瓷精雕领域带来了质的飞跃,而鑫腾辉超声波陶瓷精雕机凭借其创新设计与卓越性能,正成为工业升级的重要推手,相较传统CNC机床,磨头的使用寿命可以提升4-5倍,加工效率提升2-3倍。无论是提升产品良率,还是降低生产成本,这一技术都值得更多企业关注与投入。

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文章始发于公众号:鑫腾辉数控:超声波陶瓷精雕机成为升级发展趋势

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作者 ab