طراحی و ساخت ابزار فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات آلتراسونیک سه بعدی

در چند دهه اخیر، با پیشرفت صنایعی همچون بیو‌تکنولوژی، نانوتکنولوژی، سیستم‌های الکترومکانیکی میکرونی (MEMS) و غیره، تولید دقیق و انبوه قطعات مکانیکی سبک، کوچک و با استحکام بالا، به صورت گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. در ساخت این قطعات، روش‌های ماشینکاری سنتی نمی‌توانند پاسخگوی نیازهای صنایع پیشرفته امروز باشند. علاوه بر آن روش‌های ماشینکاری غیر سنتی(مدرن) مانند EDM،ECM ، LBM و غیره، به دلیل مصرف بالای انرژی، افزایش هزینه‌ها، ایجاد اعوجاج حرارتی بر روی سطوح ماشینکاری، محدودیت در ماشینکاری جنس‌های خاص و غیره، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل، برای برطرف کردن نیاز تولید چنین قطعاتی، ترکیب روش‌های تولید سنتی و مدرن، مورد توجه قرار گرفت. یکی از این روش‌ها، ترکیب ماشینکاری سنتی با ارتعاشات آلتراسونیک می‌باشد. فرآیند ماشینکاری به کمک ارتعاشات آلتراسونیک ، یک روش ماشینکاری برای ایجاد سطوح دقیق می‌باشد که به دلیل مزایایی همچون ایجاد شرایط برشی متناوب، کاهش ضخامت براده مؤثر، کاهش دما در ناحیه ماشینکاری، کاهش نیروهای ماشینکاری، افزایش عمر ابزار، بهبود کیفیت سطح، افزایش دقت ابعادی، افزایش قابلیت ماشینکاری مواد سخت برش و غیره، کاربردهای فراوانی پیدا کرده است. در این اختراع، یک هورن منحصر به فرد به منظور تبدیل ارتعاش خطی پیزوالکتریک‌ها به ارتعاش سه بعدی (ارتعاش طولی در راستای محور z، ارتعاش خمشی حول محور x و ارتعاش خمشی حول محور y)، طراحی و ساخته شد. امتیاز این ابزار ماشینکاری آلتراسونیک نسبت به ابزارهای مشابه، آن است که در اکثر ابزارهای دیگر تنها امکان اعمال ارتعاشات یک بعدی(خطی) و دو بعدی (بیضوی) وجود دارد؛ درحالی که در این ابزار ارتعاشات سه بعدی تولید می‌شود. به علاوه از آنجایی که ماهیت منحصر به فرد هورن طراحی شده باعث ایجاد ارتعاشات سه بعدی می‌شود؛ دیگر نیازی به نیم حلقه‌های پیزو الکتریک (که با اختلاف فاز 180 تحریک می‌شوند) برای ایجاد ارتعاشات خمشی حول محورهای x و y، نمی‌باشد.