40kHz一维超声直线振动车削装置的研制

发布时间：2020-03-18 09:44

【摘要】：社会的发展离不开制造业,机械加工业作为制造业的一个关键分支,对社会的发展起着举足轻重的作用。随着科技的飞速发展,人们对于零部件的精度、材料提出了更高的要求。零部件的精度要求越高,采用传统的加工方法花费的成本也越高,而采用特殊材料的零部件,采用传统的加工方法加工效率低、加工精度差,甚至无法加工。在这种环境下,超声振动切削应运而生。当前,日本、德国的超声椭圆振动车削装置已经推向市场,而国内的一维超声直线振动车削装置尚没有推向市场,差距非常大。故本课题的研究有着重要的意义。本文旨在开发一款经过持续改进最终面向市场的一维超声直线振动车削装置,具体研究内容如下:(1)总结超声振动车削相比较普通车削所具有的优点,指出研发一维超声直线振动车削装置有着重要的意义。阐述国内外在超声振动切削领域的研究历程和研究成果,其中重点介绍日本、德国的几款先进超声振动切削装置。(2)国内在超声振动车削装置的研制上有两点值得改进,一是刀杆与变幅杆的连接方式,二是利用的振动方式。本文提出刀杆与变幅杆轴向一致的结构,并采取新的“复合振动”,对于复合振动,从原理、仿真上进行论证,并将其与实际车削进行结合,指出在实际振动车削中应当遵循的规律。(3)振动车削装置的核心—超声振动车削系统包括超声波发生器、换能器、装载车刀片的变幅杆、变幅杆固定套。本文简述了超声波发生器、换能器的原理及选型,特别提及了频率选择40kHz的理由,重点介绍了整波长、双节点的阶梯形圆弧过渡变幅杆的设计过程,并对变幅杆与车刀片、变幅杆固定套的连接进行了专门设计以保证整体谐振性能。(4)在切削过程中,不同的条件下,需要调整刀具的几何角度(前角、主偏角、刃倾角等)。本文设计了调整刀具角度的夹持装置,该夹持装置将“超声振动车削系统”与机床衔接起来。(5)一维超声直线振动车削装置经设计、加工、安装、调试后,安装在车床上,通过改变前角、主偏角、切削速度、进给速度、切削深度等参数,对比切削后的外观形态、粗糙度、切削力等,总结出提高超声振动切削表面质量的方法,并与“复合振动”提出的规律进行比较。
【图文】：

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太原理工大学硕士研究生学位论文声三维振动系统，刀尖的运动轨迹在刀具的法平面和已加工平面上的投影均为圆，三维振动的实质还是二维椭圆振动，只不过是正交椭圆振动和斜角椭圆振的合成，所以具备了两种椭圆振动的优点，其原理如图 1-1 所示[13]。Shamoto 建立相应的剪切模型，，并通过实验发现当椭圆摆角 θ=80°，可以得到比正交圆振动更优异的切削性能。

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（1）分解振动原理图（2）超声 3D 振动原理图图 1-1 超声 3D 振动切削原理图[13]Fig.1-1 Schematic of Ultrasonic 3D Vibration Cutting日本的 TAGA 电气株式会社开发了一系列超声振动切削装置，包括一维动切削装置、椭圆振动切削装置、用于钻削和铣削的超声振动刀柄，在工业上得了很好的效果。如图 1-2（a）所示是一款超声椭圆振动车削装置，频率为 40kH采用单点金刚石车刀，图 1-2（b）为超声椭圆振动刀柄。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG51;TG663

【参考文献】