纵-扭复合超声铣削系统的设计及试验研究

发布时间：2020-11-09 03:11

　　 近年来,随着科学技术的发展与进步,高硬脆材料在航空航天、医疗、武器装备制造等诸多领域得到了广泛的应用,而超声振动加工在加工多种硬脆材料时,均表现出加工效率高、表面质量良好等特点。而二维复合振动加工更是可极大提升相较单向振动加工的加工质量,本文设计了二维纵-扭复合超声铣削加工系统并进行了试验探究,从而更好地发挥超声振动加工的优势。本文结合数值解析法及ANSYS有限元仿真设计了圆锥过渡复合变幅杆,并在圆锥段开设螺旋沟槽,分析了螺旋沟槽处横波的存在性,理论推导了螺旋沟槽的振型转换机理;通过模态分析结果验证了变幅杆末端的纵-扭复合振动的输出;通过对变幅杆的瞬态动力学分析,拟合出复合振动的振动轨迹,为一近似椭圆结构。其次,在ANSYS有限元模态分析的基础上,探究了纵-扭变幅杆上螺旋沟槽几何参数,包括螺旋沟槽个数、旋转角度、槽深等对变幅杆谐振频率、放大倍数及扭纵分量比的影响规律,并利用正交参数分析法分析了影响螺旋沟槽参数对变幅杆扭纵分量比及谐振频率的主次顺序;根据变幅杆刚性要求及系统加工应用要求,选择合适的螺旋沟槽几何参数。结合ANSYS有限元仿真及阻抗分析测试讨论分析了螺旋沟槽式纵-扭变幅杆三段结构长度对于变幅杆扭纵分量比、放大倍数及谐振频率的影响规律及敏感度,并基于该结论建立频率修正方程,针对开设沟槽后及添加工具杆后的变幅杆频率偏移问题,利用该方程对变幅杆进行频率修正,修正后与设计值仅有0.47%的偏差,与超声系统匹配程度较高。最后,利用自行研制的超声波电源,搭建了纵-扭复合超声振动铣削系统试验台,对超声系统进行振动雾化测试,并分析了工具杆伸出长度对超声系统的影响,验证了阻抗分析结果的正确性;开发设计出超声扭转振动测评装置及方法:通过在铣刀侧面布置多个测定点,利用激光位移传感器测定每点的扭转振幅,拟合出扭转幅度函数曲线,从而精确计算出工具杆上某点的扭转振幅,对系统输出的复合振动进行了量化,验证了有限元仿真的结果。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG54
【部分图文】：

杆的面积比对变幅杆的谐振频率降低系数的影响规律。2005 年，张析法设计的基础上，对一半波长圆锥形变幅杆进行模态分析，以变幅设计要求的差值最小为标准，基于有限元仿真对带有负载的变幅杆。2005 年，姚文苇，林书玉[26]理论推导了带有负载的变幅杆放大系式，并求解了带有负载的超声变幅杆的放大系数，推导计算了纵向振杆四端网络等效电路，得出了在纯阻与纯抗的负载下，变幅杆放大系频率方程，利用 Matlab 软件揭示了负载对变幅杆谐振频率及放大系，并得出以下结论：当负载较小时，频率与放大系数会有较为迅速的较大时，频率与放大系数基本不变化，甚至趋于稳定。2013 年，赵，赵波[27]基于解析法，对带工具头变幅杆进行设计并进行修正，结合带工具头变幅杆的节点位置进行分析探究，得出变幅杆轮廓线与轴不重合的结论。 二维纵-扭复合加工国内外研究现状

螺旋沟槽式纵-扭复合变幅杆的设计.1 螺旋沟槽振型转换机理.1.1 应力波反射及折射原理在弹性介质中，声波可传播振动能量。在声波在固体、气体以及流体介质中传播时，带动质点偏离其对应的平衡位置后，在相应的弹性介质内随即产生声弹性恢复力，而声波及介质组成的运动系统具有一定的惯性，弹性恢复力与该性相耦合后，介质中质点的振动将传递给相邻其他质点，进而产生并发射声波此，传播介质发生的改变会造成声波在传递过程中出现反射与折射现象。根据上述理论分析可知，当纵波L 或横波S 倾斜入射钢/空气界面，会产生纵波'L 、反射横波'S 以及折射纵波''L ，其波形转换如图 2-1 所示。

将不会出现横波，也就是说，单一的纵波入射不此，若要出现二维纵-扭复合振动，必须改变以上播介质的改变（如从液体介质到气体介质或从固发生一系列的反射或折射现象，从而产生反射纵槽处反射横波的存在性传振杆侧面上均匀开设螺旋沟槽，沟槽的长度为示，声波由传振杆 L 面传递到传振杆 T 面过程中的边界是一条螺旋线，选取其上极小的一段 dx，将标系，如图 2-2 所示，设半无限弹性介质的自由假定 yoz 面的右边为真空，即全部入射波在界面建立如图 2-3 的坐标系。设入射平面简谐纵波 S3），入射纵波中质点的位移函数式（2-4）是方程
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2875792