旋转超声辅助微细电火花加工机床研制及实验研究

发布时间：2017-04-27 16:01

  本文关键词：旋转超声辅助微细电火花加工机床研制及实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚晶金刚石(PCD)是超硬材料中具有良好的减磨耐磨性能的典型代表,其应用范围越来越广。然而,高硬度的特点决定了其加工难度,传统的加工方法有一定的局限性。集旋转、超声振动及微细电火花放电为一体的复合加工技术对超硬材料的加工具有良好的效果且效率较高。对超声加工、电火花加工的机理进行了研究,理论验证了在微细电火花放电加工过程中辅以超声振动对放电通道、放电间隙等的影响。研究了超声辅助电火花复合加工对材料去除率以及被加工工件表面质量的影响,对超声电火花复合加工加入旋转功能后对加工情况的影响。分析结果表明：在传统的微细电火花加工过程中附加旋转、超声振动功能有助于改善放电间隙,对排出屑的抛出由促进作用,提高表面的加工质量。通过论述电火花加工加床的所实现功能及要求,确定了所设计机床选用的结构形式。对电火花复合加工机床的主轴进行了设计,重点设计了超声振动部分。对超声变幅杆、立柱进行了设计,通过SolidWorks对其进行了建模,并通过ANSYS分别对其进行了结构优化及稳定性分析,对旋转主轴的回转精度及超声变幅杆的振动幅度进行了实验研究,为可靠设计奠定了基础。控制系统方面,确定了机床的总体控制方案,对机床的控制界面进行了编写。设计了机床的控制柜,并完成了内部布线及元器件的相互通讯方式。实验研究了聚晶金刚石(PCD)刀具和硬质合金刀具在有无微织构情况下的切削实验。实验结果表明：PCD刀具和硬质合金刀具在前刀面置入沟槽微织构其切削性能优于无微织构刀具；在刀具磨损方面,有微织构刀具的磨损情况要好于无微织构刀具。
【关键词】：旋转主轴 超声振动 电火花加工 微织构刀具
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题来源、研究意义9
• 1.2 电火花加工概述9-12
• 1.2.1 电火花加工基本原理10
• 1.2.2 电火花加工特点及工艺方法分类10-11
• 1.2.3 国内电火花加工发展概况11-12
• 1.3 旋转超声辅助电火花加工概述12-15
• 1.3.1 超声加工基本原理及特点12-13
• 1.3.2 超声加工技术发展概况13-14
• 1.3.3 旋转超声及辅助放电加工概述14-15
• 1.4 旋转超声辅助微细电火花加工设备的研究现状15-16
• 1.4.1 国外研究现状15-16
• 1.4.2 国内研究现状16
• 1.5 基于PC的开放数控系统简述16-17
• 1.6 旋转超声辅助微细电火花加工超硬材料实验研究现状17-18
• 1.7 本课题研究的主要内容18-19
• 第二章 旋转超声辅助微细电火花加工机理研究19-29
• 2.1 超声波特性19-20
• 2.1.1 超声波空化效应19-20
• 2.1.2 液体介质中超声波的吸收特性20
• 2.2 电火花加工的物理本质20-23
• 2.2.1 电火花单次放电及模型及热蚀阶段21-22
• 2.2.2 电火花加工消离抛出阶段22
• 2.2.3 影响材料放电腐蚀的因素22-23
• 2.3 旋转超声振动辅助电火花加工的影响机理23-28
• 2.3.1 超声对放电通道影响机理23-24
• 2.3.2 超声对放电间隙影响机理24-26
• 2.3.3 超声对材料去除率及加工表面质量的影响26-28
• 2.4 附加旋转功能对加工过程的影响28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 旋转超声辅助微细电火花加工机床研制29-46
• 3.1 机床本体设计29-32
• 3.1.1 机床结构形式的确定29-31
• 3.1.2 机床工作台及各轴参数31-32
• 3.2 机床立柱及其模态分析32-34
• 3.3 旋转超声主轴设计34-36
• 3.3.1 旋转机构构设计及连接方式34-35
• 3.3.2 旋转超声振动部分设计35-36
• 3.3.3 旋转主轴精度的实验测量36
• 3.4 超声振动变幅杆的研制36-41
• 3.4.1 超声振动变幅杆概述36-37
• 3.4.2 变幅杆的设计方法及材料选择37
• 3.4.3 解析法计算变幅杆参数37-39
• 3.4.4 变幅杆的仿真优化39-41
• 3.5 超声振动振幅测量41-42
• 3.6 专用工作液槽及夹具42-43
• 3.7 电极丝夹持头的设计安装43
• 3.8 机床检验及主要参数43-45
• 3.9 本章小结45-46
• 第四章 机床的控制系统46-57
• 4.1 控制系统硬件组成及各功能模块46-47
• 4.2 各硬件间通讯47-49
• 4.2.1 运动控制卡概述及通讯方式47-48
• 4.2.2 其他硬件通讯方式及接线方法48-49
• 4.3 控制柜的研制49-53
• 4.3.1 控制柜功能及整体结构49-50
• 4.3.2 元器件安装及布线规则50-51
• 4.3.3 脉冲电源设计及超声波电源51-53
• 4.4 电火花加工平台驱动策略53-54
• 4.5 机床的控制界面54-55
• 4.6 Z轴伺服控制55-56
• 4.7 小结56-57
• 第五章 切削实验研究57-61
• 5.1 实验条件57-58
• 5.2 实验结果分析58-60
• 5.2.1 刀具磨损分析58
• 5.2.2 切屑分析58-59
• 5.2.3 被加工件表面质量分析59-60
• 5.3 小结60-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-67
• 附录A67-71
• 在学期间的研究成果71-72
• 致谢72

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本文编号：330902