旋转超声振动磨削工具系统的研制

摘要

玻璃和陶瓷等硬脆材料有着良好的物理性能和机械性能，其在许多领域都有着广泛的应用。但是其硬度高且脆性大，加工过程中易发生脆性断裂。目前为止，超声加工是实现硬脆材料高效超精密加工较为有效的方法之一。然而，超声磨料冲击加工效率低，刀具磨损严重；工件超声振动辅助加工只适用于体积和质量较小的工件，应用范围有限。为了解决上述问题，在超声振动理论的基础上，开发出了适用于硬脆材料加工的旋转超声振动磨削工具系统。
　　基于超声振动理论，对旋转超声振动磨削工具系统进行了总体的设计与分析，确立了超声振动主轴的振动形式。根据梅森等效的思想，建立了系统的机电等效网络模型，得到了系统的共振频率方程。
　　通过系统的共振频率方程，对系统的结构尺寸进行了初步的设计。并运用有限元分析的方法，对旋转超声振动主轴进行模态分析、谐响应分析和压电耦合分析，得到了系统在不同电压激励下的振动形式和振动幅值，以此对系统的结构进行设计。
　　根据旋转超声振动主轴的机电等效特性，对其进行了阻抗特性分析，得到了系统的谐振频率和反谐振频率等性能参数。其中谐振频率为27.4kHz，反谐振频率为28.4kHz。另外，通过激光位移传感器对系统的振动情况进行了测量，测量结果表明系统的振动形式为二阶纵向振动，砂轮的振动形式为弯曲振动。
　　对系统在不同电源参数下进行磨削实验，并对加工后所得工件表面质量进行了检测，结果表明，工具旋转超声振动辅助磨削能够很好地改善磨削后工件表面的形貌，降低了工件表面的粗糙度。另外，在所选择的4组电源参数内，随着电压的升高，工件表面质量改善效果越明显。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本课题的研究内容

第2章 旋转超声磨削系统的总体设计与分析

2.1 引言

2.2 超声波共振理论

2.3 旋转超声磨削系统设计

2.4 旋转超声磨削系统机电等效模型的建立

2.5 超声换能器频率方程的建立

2.6 本章小结

第3章 超声振动轴结构的设计与仿真分析

3.1 引言

3.2 超声换能器的设计

3.3 半波长复合变幅杆和弯曲振动砂轮的设计

3.4 超声振动轴整体的设计

3.5 本章小结

第4章 系统性能检测与磨削实验

4.1 引言

4.2 超声振动轴阻抗特性分析

4.3 旋转超声磨削系统动平衡研究

4.4 旋转超声磨削系统振动特性研究

4.5 旋转超声磨削运动学分析

4.6 圆弧形电镀金刚石砂轮修整研究

4.7 旋转超声磨削实验研究

4.8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢