隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，硬脆材料在航空航天、汽車、模具、光學(xué)以及半導(dǎo)體等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)玻璃常被用來制作偵查衛(wèi)星照相機鏡頭、隱形雷達探照鏡、高速飛行器窗口、天文望遠鏡的大型反射鏡以及激光發(fā)射裝置中的光學(xué)透鏡、棱鏡等。硬脆材料光學(xué)元件常規(guī)切削加工非常困難，通常通過超精密研磨、拋光及超精密磨削加工獲得，但該方式加工時間長，加工成本較高，需尋求一種若干能量場融合的先進復(fù)合加工工藝來解決這一加工難題。超聲加工作為20世紀初發(fā)展并開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的一種非常有效的特種加工方法，可減小切削力和切削溫度，減小刀具磨損，提高加工質(zhì)量，拓展可加工材料范圍，是硬脆性先進材料加工的有效方法之一，特別適合加工玻璃、陶瓷、石英、金剛石以及硅等各種硬脆材料。旋轉(zhuǎn)超聲加工是目前超聲輔助加工領(lǐng)域的關(guān)鍵工藝，是硬脆材料加工的有效方法之一。復(fù)雜型面在現(xiàn)代產(chǎn)品中的設(shè)計應(yīng)用及加工要求日趨增多，對復(fù)雜零部件的加工能力提出了更高的要求。目前，關(guān)于光學(xué)硬脆材料復(fù)雜幾何特征超聲輔助銑削工藝研究比較缺乏。 

寧波材料所所屬先進制造技術(shù)研究所激光與智能能量場制造團隊在旋轉(zhuǎn)超聲加工領(lǐng)域進行了一定的積累并取得新的進展，針對K9光學(xué)玻璃材料，加工了各類型腔、表面、孔、薄壁以及復(fù)雜曲面等特征。 
 

　　
圖1. 三軸旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工孔/凸臺/型腔等特征

課題組成員自行搭建了三軸聯(lián)動超聲輔助加工系統(tǒng)，超聲振動頻率可達19000Hz以上。在該自主搭建的超聲輔助加工系統(tǒng)上進行的部分孔、凸臺、型腔等特征加工試驗（圖1），發(fā)現(xiàn)：使用合理的工藝參數(shù)，采用空間螺旋插補進刀及超聲輔助三坐標聯(lián)動空間螺旋銑削K9光學(xué)玻璃產(chǎn)生的孔特征邊緣無崩邊，孔壁及孔底質(zhì)量均比較理想；帶超聲或無超聲加工相同特征效果會有差別，如無超聲輔助三角形型腔銑削后，加工底面會有較明顯的刀痕：不同工藝參數(shù)對加工效果影響顯著，如采用較大的切削深度時，銑削的方形或圓形型腔外邊特征會出現(xiàn)崩邊等缺陷特征；而采用合適的切削深度和走刀策略會產(chǎn)生理想的加工特征，如右側(cè)的曲面?zhèn)缺谛颓弧?nbsp;

DMG ultrosonic 80 eVo linear超聲輔助五軸聯(lián)動加工機床（圖2）加工的平面、傾斜面、孔、環(huán)以及薄壁等特征（圖3）。該DMG加工系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)速18000r/min，X、Y、Z行程分別為850mm、650mm、550mm。使用超聲刀柄，可自動搜頻，同時，可手動調(diào)整頻率與振幅。所加工的特征中，傾斜平面與Z軸夾角45°，并在斜面上銑削加工了直徑8mm的孔特征，在圓形凸臺內(nèi)加工出1mm圓環(huán)薄壁。使用直徑6mm中空金剛石電鑄刀具加工平面薄壁特征時，進給速度為600mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為5500r/min，切寬2.4mm，切深0.03mm，最小薄壁厚度達0.3mm，取得了理想的加工效果。 　　  

　　
圖2. DMG ultrosonic 80 eVo linear超聲輔助五軸聯(lián)動加工系統(tǒng) 

　圖3.多軸旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的傾斜表面/孔/凸臺/薄壁等特征 

圖4.旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的復(fù)雜曲面 

圖5. 局部加工區(qū)域檢測結(jié)果（200X） 　　  

前期的旋轉(zhuǎn)超聲加工試驗為該復(fù)合加工工藝的應(yīng)用奠定了一定的工藝基礎(chǔ)。團隊已具備復(fù)雜幾何特征光學(xué)硬脆材料的加工能力，打通了CAD、CAM、計算機虛擬加工仿真、后處理以及零部件或模具產(chǎn)品實際加工等整條加工技術(shù)鏈，可為復(fù)雜幾何特征零部件的高性能加工提供堅實的技術(shù)支持。 

目前，正在進一步進行科學(xué)機理與工藝規(guī)律的研究。在機理研究與工藝規(guī)律探索方面的推進，將為旋轉(zhuǎn)超聲加工性能的改善及加工效果的大幅提升提供強有力的支撐。 

在DMG系統(tǒng)上旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工的復(fù)雜曲面CAD模型、CAM刀軌及加工效果（圖4），光學(xué)玻璃復(fù)雜曲面加工效果理想。加工區(qū)域A1（圖5）局部形貌檢測結(jié)果，檢測區(qū)域的表面粗糙度Ra大約0.65μm。