迄今為止，用來制造電線電纜的金剛石拉絲模具及其設備，已經(jīng)經(jīng)歷了四代的變革。
第一代為機械研磨式，采用機械研磨的方式制造和維修金剛石拉絲模具，此方式的效率極低，磨出的模具孔型差，目前已很少采用。
第二代為電子管磁致伸縮式，將電子管放大器提供的電信號，通過磁致伸縮式換能器轉(zhuǎn)換成機械能，用來研磨金剛石模具。此類機型的缺點是磁致伸縮式換能器的轉(zhuǎn)換效率太低，且需要外接循環(huán)冷卻水對其冷卻。設備故障率高，目前使用的廠家不多。
第三代為晶體管壓電式，將晶體管電源提供的電信號通過壓電陶瓷換能器轉(zhuǎn)換成機械振動，它的優(yōu)點是壓電陶瓷轉(zhuǎn)換效率高，且不需要外加冷卻系統(tǒng)。設備體積減少，到目前為止此種機型應用最多，逐步取代老式機械研磨機和電子管磁致伸縮式研磨機，成為拉絲模具制造設備的主流。其缺點包括∶晶體管電路諧波失真大，換能器易產(chǎn)生橫振，用此類機型制造天然金剛石微小孔徑模具時，金剛石容易破碎和斷裂，成品率低。大功率輸出時，晶體管易損壞，無法用來制造超大孔徑聚晶金剛石拉絲模具。
第四代為精密集成化壓電式超聲波電火花復合加工技術(shù)和設備，由北京市電加工研究所研制和開發(fā)。此類機型采用大功率頂級音響集成電路，配以微精電火花電源通過壓電陶瓷式鈦合金換能器的轉(zhuǎn)換，對金剛石拉絲模具進行超聲波、電火花復合加工。它的特點是作為提供超聲信號的高保真音響放大器芯片，內(nèi)部電路功能強大，包含自動增益控制電路（AGC）、溫度過熱保護電路、負載短路保護電路，具有總諧波失真小、低噪聲的優(yōu)點。鈦合金換能器阻抗低、Q值高、內(nèi)部損耗小、機械強度高、壽命長、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率更高。極品音響電路和壓電陶瓷式鈦合金換能器的結(jié)合，產(chǎn)生非常純正的超聲波，絕無雜波與橫振。用它加工的金剛石拉絲模具孔型好，表面光潔度高。加工大孔徑聚晶金剛石模具時，若配以復合電火花，加工效率倍增。
第四代精密集成化壓電式超聲波加工機的研制
第四代精密集成化壓電式超聲波加工機是北京市電加工研究所於1991年底最先研制成功，并很快應用於金剛石拉絲模具制造領(lǐng)域。第一批機器的型號為BDC-50A，研制的目的是為了提高制造天然金剛石微小孔徑模具的精度，使基圓度和孔型精度達亞微米級，表面粗糙度達到鏡面水平。該技術(shù)取得了兩項國家專利∶超聲波精密研孔機（專利號∶ZL92204278.0）和超聲波加工機（專利號∶ZL93205879.5）。
1995年改進機型BDC-50D作為《大顆粒人造單晶金剛石特種精密加工技術(shù)》的一部分，即《柔性超聲拋光技術(shù)和設備的研制和應用》，獲得北京市科學進步一等獎。BDC-50系列集成化壓電式超聲波研磨機已經(jīng)廣泛應用於拉絲模具制造和維修領(lǐng)域，受到用戶的一致好評。
第四代系列集成化壓電式超聲波電火花復合加工機工作原理
圖1中，由輸出電路采樣的反饋信號經(jīng)頻率調(diào)節(jié)電路選頻后送入反信號處理電路，經(jīng)處理后送至數(shù)字調(diào)諧電路，以確定所需超聲波的大小，輸入到功率放大器放大，由輸出電路匹配給超聲波換能器，由超聲換能器將電能轉(zhuǎn)換成研磨所需的機械振動，一般情況下為每秒2-3萬次不等。加工大孔徑聚晶金剛石模具時，在模具的整形階段，可用超聲波復合電火花加工，這種復合加工方式可將加工效率成倍提高，當模具在拋光時，關(guān)閉電火花，進行超聲加工。
第四代機型與第三代機型的比較
圖2為晶體管壓電式超聲波加工機工作狀態(tài)下，加在壓電陶瓷換能器的電壓信號。可以看出波形有明顯失真，除基波成分外還有其他高次諧波成分，這就是換能器產(chǎn)生橫振的原因。
圖3 為集成化壓電式超聲波加工機工作狀態(tài)下，加在壓電陶瓷換能器的電壓信號。通過圖3與圖2電壓波形的比較，從圖3可看到電壓波形是單一頻率的正弦波，沒有諧波失真，所以換能器產(chǎn)生的超聲波非常純正，沒有橫振。
小功率型第四代精密集成壓電式超聲波加工機BDC-50F
BDC-50F精密集成壓電式超聲波加工機是BDC-50系列的最新改進機型，該機主要加工孔徑在Φ2.0mm以下的各種類型金剛石拉絲模具。它的柔性加工特性適合加工天然金剛石和大顆粒人造單晶金剛石微小孔徑拉絲模具，另具有以下特性∶
- 超聲波電源采用頂級音響集成電路，具有自動增益控制、溫度過熱保護、負載短路保護、信號躁聲控制功能，其總諧波失真小于0.01%；
- 超聲換能器采用增強型壓電陶瓷結(jié)合鈦合金變幅桿，且換能器系統(tǒng)全部封閉，內(nèi)裝冷卻液，外殼采用散熱結(jié)構(gòu)，不用另加散熱風扇，保證超聲頻率的穩(wěn)定輸出；
- 超聲波輸出大小采用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)，性能可靠，使用壽命長，并具有斷電記憶功能，操作十分方便；
- 采用薄膜輕觸開關(guān)面板，外觀精美，性能穩(wěn)定，操作方便；
- 采用四位可預置數(shù)字式倒計時顯示計數(shù)器，定時精度高；
- 磁懸浮式工作臺的壓力柔和，無機械共振，加工極小孔徑的模具也不會斷針；
- 機械結(jié)構(gòu)設計精密，工作臺端跳，徑跳小于0.005mm，旋轉(zhuǎn)、搖擺平穩(wěn)，靈活；
- 主要技術(shù)指標∶超聲波輸出功率0-50W，超聲波中心頻率30.0KHz，頻率跟蹤范圍28.0KHz-32.0KHz，加工表面粗糙度Ra<0.01鈦，定時范圍1秒- 1小時。
大功率第四代精密集成壓電式超聲波電火花復合加工機BDDC-250F
近年來，有些國家已能生產(chǎn)直徑大於50mm的聚晶金剛石胚料，對加工孔徑大於10mm的拉絲模具需求越來越大。BDDC-250F系列集成化壓電式超聲波電火花復合加工機采用超大功率頂級音響集成電路，并配以微精電火花電源通過壓電式鈦合金換能器的高效率轉(zhuǎn)換，對金剛石拉絲模具進行超聲波電火花復合加工，使加工效率大大提高，達到晶體管電源無法達到的效能。以該機為用戶加工定徑Φ25mm的聚晶金剛石拉絲模具，受到一致好評。
BDDC-250F集成化壓電式超聲波電火花復合加工機的主要技術(shù)性能指標如下∶
超聲波輸出功率∶0-300W
超聲波中心頻率∶20.0KHz
頻率跟 范圍∶18.5KHz-21.5KHz
加工材料∶聚晶金剛石及硬質(zhì)合金
加工孔徑∶1.0mm-25.0mm
加工表面粗糙度∶Ra<0.01微米
工具頭長度∶75-160mm
定時范圍∶1秒-59分59秒
工作臺端跳∶<0.01mm
工作臺徑跳∶<0.01mm
