单激励二维超声振动切削装置设计及其性能的研究

摘要

随着我国机械工业的发展,对机械零件的要求也越来越高。目前采用传统切削加工技术,其切削效果并不理想,新兴起来的超声振动切削是将有规律地超声振动附加在刀具上,使刀具与工件周期性地切削和脱离,相比普通切削,降低了切削力、切削温度,并提高了工件表面质量,其加工特性仍存在着缺陷性(如刀具与零件分离时,刀具后刀面会与已加工表面产生摩擦;刀具要承受一个不断变化的交变应力)。二维超声振动切削技术是将产生的两种简谐振动附加在刀具上,使刀具刀尖形成椭圆轨迹运动。当刀具与工件表面分离时,一方面刀具后刀面避免与已加工表面产生摩擦,另一方面刀具前刀面与切屑间的摩擦从有害变为有利,使得切屑更易排出,降低了毛刺的形成、延长了刀具的寿命等。
　　本文对二维超声振动理论和装置原理进行分析,利用四端网络法设计出了圆锥过渡阶梯型复合变幅杆,用有限元法对开斜槽的变幅杆进行动力学分析,通过不断改变斜槽大小、斜槽距大(小)端面的距离,使得变幅杆小圆柱端面的椭圆振动轨迹最佳,同时变幅杆的谐振频率在超声波发生器工作频率范围内。通过单因素试验,利用切削力和表面粗糙度的试验对比,分别分析了二维超声振动切削、传统超声振动切削及普通切削的切削性能,发现二维超声振动切削具有更低的切削力和表面粗糙度。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题产生的背景与意义

1.2超声振动切削发展概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

2 二维超声振动切削理论及装置设计原理

2.1二维超声振动切削原理

2.2二维超声振动切削运动特性

2.3传统超声切削与二维超声切削切削区域受力分析

2.4二维超声振动装置设计原理

2.5本章小结

3二维超声振动结构设计及其动态仿真

3.1 变幅杆的设计

3. 2变幅杆结构仿真

3.3本章小结

4 实验装置及系统性能测试分析

4.1实验装置的选用

4.2 实验装置设计

4.3超声振动系统二维振动振幅测试

4.4 本章小结

5 二维超声振动切削系统的性能试验

5.1 试验目的及条件

5.3切削力试验

5.4已加工表面微观特征试验研究

5.5 两种二维超声振动切削系统的性能对比分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 本论文主要研究内容及结论

6.2 展望

参考文献

附录一 构建模型及模态分析命令流

附录二 瞬态分析命令流

作者简历

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