复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削基础研究

发布时间：2020-06-26 20:56

【摘要】：超声椭圆振动切削通过在刀具上附加椭圆轨迹的运动,使切削过程发生了根本性的改变,与普通切削和一维超声振动切削相比,超声椭圆振动切削在降低切削力、降低工件表面粗糙度和抑制毛刺等方面更具优势。现有的单激励超声椭圆振动切削装置结构刚度较低,双激励及三维超声椭圆振动切削装置结构比较复杂,为了克服这些装置存在的问题,充分发挥超声椭圆振动切削的优越性能,研制了一种结构简单、刚度更高的复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削装置,并开展了相关切削加工的基础研究,完成的主要研究工作如下:(1)开展了两个简谐振动合成椭圆振动的运动学分析,确定了单激励情况下椭圆振动的形成条件。建立了复合梁变幅杆椭圆振动模态转换数学模型,获得了复合梁变幅杆输出端的标准椭圆轨迹方程、X向和Y向上的振动幅值、两振动之间的相位差和椭圆轨迹曲线。(2)完成了复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削装置总体结构的布局,对构成单激励超声椭圆振动换能器的超声振动换能器和复合梁变幅杆进行了结构设计计算。对单激励超声椭圆振动换能器进行了结构动力学模态分析、谐响应分析、瞬态分析和结构优化,完成了复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削装置的研制。(3)对复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削装置输出端X向和Y向上的振动幅值、两振动之间的相位差和椭圆振动轨迹进行了测试,验证了复合梁变幅杆椭圆振动模态转换数学模型的准确性。对单激励超声椭圆振动切削装置输出端的椭圆振动轨迹旋转方向、负载情况下的驱动力以及结构刚度进行了试验研究。(4)建立了椭圆振动切削工件表面微观形貌模型,揭示了切削速比、椭圆轨迹倾斜角度、刃口钝圆、刀尖圆弧等多个参数对工件表面微观形貌的影响规律,并对椭圆振动切削工件表面微观形貌模型进行了试验验证。对复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削和普通切削进行了有关工件表面毛刺、工件表面粗糙度、切屑形态、切削力的对比试验,验证了复合梁变幅杆单激励超声椭圆振动切削的优越加工性能。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG506
【图文】：

示意图,椭圆振动,示意图

moto 和 Moriwaki 提出超声椭圆振动切削技术以来，超物、化工、汽车等多个领域得到了广泛的应用[1-6]，这碳化钨[10-12]，多晶硅[13]，纤维增强聚合物复合材料[14]，加工，并取得了优异的切削加工效果，是一项具有广阔切削通过在刀具上附加椭圆轨迹的运动，使切削过程发振动切削过程中刀尖运动轨迹，在椭圆振动切削过程的接触和分离，当刀具离开工件过程中，刀具后刀面不表面的加工质量，且刀具前刀面相对切屑的运动发生了的降低，还有助于切屑的流出[7,9,20-21]。相比普通切削和具有降低切削力[22]、降低切削温度、减低刀具磨损[13,17]、颤振[24]、提高切削稳定性、降低表面粗糙度、提高加工优点。因此，对超声椭圆振动切削进行深入研究，对重要意义。

示意图,一维振动,切削原理,示意图

信号进行激励，控制难度低，避免了两相或多相电源开发费用，简化了控制电路及超声电源结构制电路及超声电源体积，易于实现控制电路及超作性能更加稳定，应用前景广阔。因此，对单激开发功率容量大、能量转换效率高、结构简单，简单和振动性能稳定的单激励超声椭圆振动切削域的应用和推广，具有一定的学术研究价值和实术的发展本宇都宫大学的隈部淳一郎于 20 世纪 50 年代提示，刀具在一维方向上进行往复简谐振动，使刀接触、分离，进而完成工件的振动切削。同时，增强工件刚性化和降低表面粗糙度的效果，又通果。后来，Weber H 等人[38]通过车削实验还证实的效果，且加工脆性材料时相比普通切削具有较

【参考文献】