微细超声波加工中工具横向振动研究

摘要

随着微机电产业的迅速发展，微型部件在各个行业得到广泛的应用，它们的制作都离不开微细加工技术。其中，微细超声波加工技术就是一种独具特色的特种加工技术，特别适用于在不导电的脆硬性材料上加工。其主要依靠工件或工具的超声频振动带动加工液中的磨粒运动，进而冲击工件，使材料去除。
　　在超声加工过程中，磨粒在持续捶击工件的同时，也会同样的高频冲击工具底面，进而可能使得工具产生横向振动或弯曲变形，影响加工精度。加工精度的高低是衡量某种加工方法优劣的重要指标，就目前超声波加工的精度来说，还存在进一步提高的必要。以往关于这方面的研究，多集中在探究加工参数及机床设备对加工精度的影响，较少有人从工具横向振动或变形角度考虑。
　　为了提高微细超声波加工中的加工精度，本文分别从工具横向振动、加工参数、机床设备、工具制备几个方面进行了探究。首先分析了工具在加工过程中的受力状态，并基于材料力学理论与非线性振动理论判别了工具发生失稳变形或参数共振的条件，得出在常用的加工参数条件下，工具发生的是横向的自由振动。然后，推导了工具横向振动的动力学方程并采用数值求解，最终得到了可以计算加工过程中工具末端横向振动振幅的理论模型。
　　该模型可以根据已知加工条件和工具尺寸进而计算出加工孔的理论孔径值，或者在已知加工条件和目标孔径条件下计算出所需采用的工具尺寸。研究中共设计了40组实验验证该模型在不同加工条件下预测孔径的准确性及其实际应用的可行性。其中，40组实验中理论孔径值与实测孔径值的相对误差小于2%的有37组。充分说明了理论模型预测孔径值的准确性，并可以实现在实际生产中提高加工精度的目的。
　　本文亦从加工参数角度研究了其对加工精度的影响规律，设计实验采用不同的静压力、工具转速、磨粒尺寸、超声振幅等参数，得到各加工参数对不同长径比的工具钻孔精度的影响规律，为实际生产中合理选择加工参数进而提高加工精度提供参考依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题依据

1.2 微细超声波加工技术概述

1.3 参数激励振动系统的研究

1.4 超声波加工中工具横向振动研究

1.5 加工参数对超声波钻孔精度的影响

1.6 论文的主要研究内容

2 微细超声波加工设备及控制程序

2.1 微细超声波加工设备

2.2 微细超声加工数控程序

3 工具横向振动幅值计算模型的建立

3.1 工具横向振动分析

3.2 工具振动幅值计算模型的建立

4 理论模型的实验验证

4.1 实验设计

4.2 模型准确性验证及结果分析

4.3 不同加工条件下的模型准确性验证

4.4 模型应用

4.5 小结

5 加工参数对加工精度的影响

5.1 加工参数对加工精度的影响分析

5.2 工具转速的影响

5.3 静压力的影响

5.4 磨粒尺寸的影响

5.5 超声振幅的影响

5.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢