内燃机与配件
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—作者简介：柏广才（1971-），男，江苏淮安人，大专，普斐特油气工
程（江苏）
股份有限公司副总经理，主要从事石油机械产品加工工艺和工程技术的研发。
0引言
排屑装置
导致排屑和冷却困难，是钻削轴向力较大，同时过大的轴向力在钻头钻穿工
件时使工件变形增大，造成钻削过程的飞边和毛刺；而切
屑在顺着排屑槽排出时会与已加工表面划擦，造成钻削温
度较高和孔表面质量变差[1]。同时普通钻削过程，
特别是小孔钻削过程，钻头的刚度较差，
若工件表面不平经常出现钻头偏置，导致孔的位置精度较低。
针对传统钻削中存在的上述问题，学者通过研究提出
辅助钻削过程。超声振动的引入是原有的钻削运动过程中引入另一个运动，形成新的刀具运动轨迹和形成新的切削动力学过程，通过合理的匹配振动的频率和振幅，优化传统的钻削过程。高频振动的引入使钻削过程中刀具不断的与工件接触和分离，使原来的连续钻削过程转
变为断续切削过程，促使切屑断裂和冷却液进入，
降低切削刃的温度，减小磨损；同时高频振动不断的摩擦孔壁，
降低孔的表面粗糙度，提升孔的加工质量。
1超声钻削技术分类与特点
超声辅助钻削技术按不同振动的来源、
形式和作用位置的不同可以划分成不同的类别。
①超声辅助钻削中依据振动来源的不同可分为自激
振动和受迫振动辅助钻削。
自激振动中的振动来源于系统自身，如机床收到敲击后引起的自身的振动，
通过将振动传递到工件，迫使工件振动，
自激振动受系统阻尼的影响无法持续，同时振动的频率受系统结构的限制，无法调节，
致使整个振动过程无法控制，
因此一般不在实际钻削过程中使用。强迫振动通过外部的驱动电路和结构产生有规律的振动并将振动传递到工件或者钻头，实现振动辅助加工，强迫振动的频率和振幅均有电路控制，可调节性强，因此被广泛使用。目前采用的超声辅助钻削技术多为强迫辅助钻削。
②超声辅助钻削过程钻头的进给方向为钻头的轴向，
因此振动均出现在轴向方向，
按超声振动形式的不同可以分为轴向振动、轴向扭转振动钻削以及轴向扭转复合振动钻削。轴向振动是指振幅的方向与钻头轴线方向一致，
这是最常见也是最简单的一种振动形式；扭转辅助钻削是指
振动方向与钻头旋转方向一致，
如此使钻头不断的过切和欠切，达到振动辅助的目的；
轴向扭转复合振动钻削同时进行轴向与扭转振动辅助。
③从振动作用的位置不同可分为工件振动和刀具振动两种实现形式。随着振动刀柄的出现，即在现有的CNC 机床刀柄上集成超声振动装置就可以高效的实现振动辅助，目前在生产中应用较为广泛，而工件振动需要驱动整
个工件或者工作台振动，通常工件的总量较刀具都大，
导致惯性更大，振动的幅值无法加大，同时对振动系统的刚
度、能量和能耗都要求更高，因此很少用于生产过程，仅在
实验室使用。
与传统的钻削相比，
超声辅助钻削技术通过改变钻头与工件的接触和切削形式，
减小轴向力；高频振动促进钻头的侧刃与孔表面的摩擦和挤压作用，
降低孔表面的粗糙度；同时促进切屑断裂，
使切屑成碎片甚至粉末化，促进排屑，抑制积屑瘤产生；
促进冷却液进入，降低钻削区域的温度和热膨胀，进而减小摩擦和钻削扭矩，提升刀具的寿命。
2发展现状
隈部淳一郎于上世纪五六十年代提出超声辅助钻削技术并验证了超声辅助钻削相较于传统钻削过程存在的优越性。随后大量的学者围绕超声辅助钻削过程切削力、加工精度和表面质量等方面开展了研究工作。
2.1钻削力
在钻削力采集方面，
通过压电晶体传感器可以实时的钻削力和钻削扭矩动态监测。相比于传统的钻削，
超声钻削轴向力一般较低，这主要是由于超声辅助加工中的断屑
和排屑条件都得到改善，
切屑的挤压程度降低，使得轴向力更小；实验观察到的超声钻削时的切削尺寸明显减小，高速相机拍摄的钻削过程上也观察到了切削飞出，而在普通钻削中只能看到切屑随着排屑槽流出。
同时采用红外热像仪监测到的超声钻削的切削刃上
的温度也高于普通钻削，且温度正比于超声振幅，
主要由于超声增加了切削刃与工件材料间的摩擦。
在理论与仿真研究钻削力的过程中，
由于钻头的切削刃位于螺旋弧上，导致钻头的前角和刃倾角不断变化，
借鉴微分和有限元的思想，通常江钻头的横刃和主切削刃分
超声钻削研究综述
柏广才
（普斐特油气工程（江苏）股份有限公司，淮安211600）
摘要：超声钻削技术以其独特的优越性在精密与特种孔加工中得到广泛的应用，本文介绍超声钻削相较于传统钻削的在钻削力、
钻削热、钻头寿命和孔质量方面的优势与机制，给出超声钻削技术类别和技术特点。随之从切削力、精度及加工质究、
新材料上的应用和超声辅助钻削装置四个方面论述了超声钻削理论和技术的发展过程和现状，并对超声辅助钻削的发展前景作了展望。
关键词：超声加工；辅助钻削；
超声加工中图分类号:TG506.5文献标识码:A 文章编号:1674-957X （2021）08-0096-02
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图1超声辅助扭转振动钻床
国内学者对超声辅助加工的研究也有较长的一段历史，成果斐然。如刘华明教授团队早于1986年就自主研发了超声辅助钻床设备，并在上面开展了大量的实验研究。随后的超声辅助钻削设备和技术迅速发展。如今国内已经聚集了一大批长期从事超声辅助加工设备和技术研究的
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