新型旋转超声复合磨削头及其系列化研究

摘要

陶瓷、玻璃等硬脆材料因其具高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，目前已被广泛应用于机械、电子、航空、汽车等领域。然而正是这些优良特性使得其加工难度大、效率低而且成本高，因此它的广泛应用受到了限制。随着科学技术的发展，特种加工应运而生，并且得到了迅速发展。旋转超声波加工作为特种加工的一种，已经成为加工陶瓷等硬脆材料的有效方法，目前对它的应用越来越广泛。它与传统的超声波加工相比，加工效率大幅提高。 本文通过对超声加工专用机床的分析，得出如下结论：它具有成本高、体积大、适用范围窄等缺陷。基于此，本文设计了一种新型旋转超声复合磨削头，它可以安装在数控机床、钻床或立式铣床上，从而达到旋转超声加工的目的。该磨削头可以根据不同的机床设计不同的刀柄，以增强其实用性。 本文还介绍了超声加工声学系统设计的理论基础，并用ANSYS软件对阶梯形变幅杆和一种复合形变幅杆进行了结构分析和动力学分析。 另外，为了满足不同用户对不同电源功率的要求，本文还以超声电源功率250W的磨削头结构为基型，对声学系统进行了系列化设计。 为了验证本文设计的磨削头是否符合旋转超声加工的要求，本文对其进行了加工实验研究：验证了该磨削头结构的可行性；分析了不同条件下的加工效率和加工质量；并对超声磨削加工中存在的问题进行了探讨。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2超声波加工特点及发展概况

1.2.1超声波的产生及其特性

1.2.2超声波加工原理及特点

1.2.3超声波加工发展概况

1.3超声波加工机床的发展及存在的问题

1.4课题的提出和主要研究内容

1.4.1课题的提出

1.4.2课题研究的主要内容

1.5本章小结

第二章新型旋转超声复合磨削头的结构设计

2.1引言

2.2超声波加工机床的基本结构

2.2.1超声加工机床整体结构

2.2.2超声波发生器

2.2.3超声波振动系统

2.3新型旋转超声磨削头基本结构的确定

2.3.1超声波加工机床和普通数控机床的异同点

2.3.2新型旋转超声复合磨削头的基本结构的确定

2.4本章小结

第三章新型旋转超声复合磨削头声学系统设计

3.1引言

3.2换能器设计

3.2.1换能器类型的选用

3.2.2压电换能器设计

3.3变幅杆设计

3.3.1变幅杆类型的选用

3.3.2变幅杆材料的选择

3.3.3从声学角度来探讨变幅杆的尺寸设计

3.3.4从波动方程角度来探讨变幅杆的设计

3.4工具的设计

3.5本章小结

第四章变幅杆的结构分析和动力学分析

4.1引言

4.2变幅杆的ANSYS分析

4.2.1有限元法概述

4.2.3 ANSYS软件介绍

4.3阶梯形变幅杆的结构分析和动力学分析

4.3.1阶梯形变幅杆的结构分析

4.3.2阶梯形变幅杆的动力学分析

4.4复合形变幅杆的结构分析和动力学分析

4.4.1复合形变幅杆的结构分析

4.4.2复合形变幅杆的动力学分析

4.5本章小结

第五章新型旋转超声复合磨削头的系列化设计

5.1引言

5.2产品系列化设计概述

5.2.1系列化产品的特点

5.2.2产品的系列化设计

5.3超声波加工声学系统的系列化设计

5.3.1声学系统的基型设计

5.3.2确定产品的相似性种类

5.3.3确定尺寸参数及系列产品的结构尺寸

5.4本章小结

第六章新型旋转超声复合磨削头的实验研究

6.1引言

6.2超声振动磨削加工机理

6.3超声波加工的实验研究

6.3.1实验准备工作

6.3.2超声波加工的效率研究

6.3.3超声波加工表面粗糙度的研究

6.3.4超声波加工阀值静载荷

6.4超声加工过程中发现的问题

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1本文主要结论

7.2后续工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢