旋转超声辅助电加工系统设计与试验
发布时间：2021-08-25 20:58
旋转超声辅助电加工是一种将旋转运动、超声电解/放电相复合的新型加工方法,超声效应与机械切削、电解及放电有机复合,对各种难加工材料进行异形面的精微高效加工。进行旋转超声振动系统特性分析、加工系统设计及试验。本文提出旋转超声辅助电加工振动装置设计构思。依据超声振动理论和机电等效理论,分析、比较压电陶瓷材料性能和应用条件,设计压电换能器、指数型和阶梯型变幅杆以及工具头电极。建立ANSYS压电换能器分析模型,分析换能器的前端面输出振幅,对端面进行动力学分析,并与理论计算值比较,验证可行性;对超声振动系统整体进行动力学分析,对带工具头的超声振动系统进行整体结构分析、优化,根据优化结果,改进旋转超声振动装置的结构设计。设计并完善旋转超声辅助电加工系统,进行旋转超声主轴设计,采用变频器、交流电机进行主轴旋转速度控制,采用交流伺服电机进行主轴运动及位置调节,在PLC上进行控制步进电机程序的编写并仿真,平面内X、Y进给运动用PLC控制步进电机实现,设计磁悬浮工作台和电加工单元,为试验建立基础。选用多种典型材料（硬质合金,压电陶瓷,高速钢）,分别进行了单一超声、超声电火花和超声电解比较,磨削和旋转超声磨削...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２超声加工微孔?
?扬州大学硕士学位论文???学泽隆久等Ｗ人在线加工出微细工具头，将其应用到超声加工机床上且在石英玻璃上加??工出了直径为的微孔，到了?１９９８年更是将其精度提高到了帕ｐｍ，如图１－２所示。??美国Ｂｒａｎｓｏｎ声能公司［６］利用工具作轴向振动的同时旋转的复合作用，先后研制出了??ＵＭＴ－３和ＵＭＴ－５两种超声旋转加工机，并且用ＵＭＴ－５成功在玻璃板上加工出了直径??深３００ｍｍ的孔。Ｅ．Ｂｒｉｎｋｓｍｅｉｅ［７］提出了分层加工的想法，２００４年，余祖元和??ＲａｊｕｒｋａＭ等人采用分层扫描的加工方式，利用独立开发的微细超声振动系统加工出了??微细三维型腔，如图１－３所示。??图１－２超声加工微孔?图１－３微细三维型腔??１９５０年前后，我国学者也开始关注超声加工技术，到了?１９６０年，开始了关于超声??车削的探索研究，１０年后年，ＣＮＭ－２型超声研磨机在上海研制成功，从２０世纪末开??始，我国在超声加工技术上的投入不断增加，其发展越来越快，在金刚石、陶瓷、大??理石等难加工材料领域有了飞速的发展，解决了一系列的关键性问题，效果显著。天??津大学宋宁霞［９１利用超声的特性，对金属表面的摩擦磨损性能进行了研究，采用??ＴＪＵ－ＵＭＳＮＴ－】型超声表面纳米加工装置对４５号钢、４０Ｃｒ钢和铸铝棒材进行加工处理，??发现经超声处理后的４５号钢和４０Ｃｒ钢的表面粗糙度比没有处理之前明显降低了许多，??表面更加光整且质量更高，耐磨性更高。２００１年天津大学于思远等网人对工程陶瓷小??孔超声磨削的加工机理展开了探究，使用不同参数加工，得到不同的加工效率，分析??了各种参数对加工效率的影响，２００５年，重庆大学周忆和梁德沛对在超
?第１章绪论???小孔和Ｚｒ０２中心孔喇叭口的显微照片。???小?３－８１９????Ｉ?ｍ??图１－４?Ｋ９玻璃阵列微小孔?图１－５?ＺｒＯ：中心孔喇叭口??１．２超声复合电加工技术??１．２．１超声复合电火花加工??２０世纪４０年代，电火花加工（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋ?Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）开始研究，这种加工方式??在日本和欧美称之为放电加工，由于其加工时会产生人眼可见到的火花，所以在我国??和前苏联又称其为电火花加工，现在的俄罗斯称之为电蚀加工（Ｅｌｅｃｔｒｏｅｒｏｓｉｏｎ??Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）。电火花放电时，在火花通道中会有大量的热量产生，这种瞬时的高温足??以让金属材料表面局部熔化乃至于汽化，从而蚀除多余的金属。电火花腐蚀金属主耍??经历四个阶段【１７】：第一个阶段是在极间介质的电离和击穿过程中形成放电通道；第二??个阶段是介质经过高温作用开始热分解，电极幵始熔化、汽化热膨胀；第三个阶段是??电极材料被抛离；第四个阶段是极间介质的消电离。??由于电火花加工方式特殊，一般主要依靠放电来去除材料，因此这种加工方式不??受工件材料硬度限制，无机械加工宏观的切削力，因而常用于复杂形状的表面和特殊??零件的加工，所以其应用场景广泛。当然，电火花加工也有其局限性，一般用于金属??等导电材料的加工，加工速度低于传统的切削加工，电极在加工时会有严重的损耗从??而影响加工精度。??超声复合电火花加工是将超声振动引进到电火花加工的过程中，利用超声空化和??加工时的泵吸作用，来加快工作液流动速度从而有效提高电蚀物的排出，改善工件和??电极间隙放电环境，避免电弧放屯从而提高有效脉冲的比例，减少电极磨损，改善加??工
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究[J]. 杨宇辉,陈海彬,马文举,赵恒,隆志力. 表面技术. 2020(04)
[2]基于ANSYS设计的旋转超声加工振动装置与试验[J]. 闫志刚,郭丽娜,朱永伟,纪能健. 机械工程与自动化. 2020(01)
[3]基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计[J]. 田会方,路克义,吴迎峰,丁皓. 机床与液压. 2019(20)
[4]超声加工技术的研究进展[J]. 张德远,刘逸航,耿大喜,姜兴刚. 电加工与模具. 2019(05)
[5]塑料组合构件超声波焊接振动系统的研制[J]. 杨庭飞,赵青青,朱永伟. 现代塑料加工应用. 2019(05)
[6]电极超声振动复合混粉电火花加工试验研究[J]. 赵玉田,邵云鹏,祝锡晶,崔学良,黎相孟,仝志宏. 科学技术与工程. 2019(28)
[7]纵振型超声振子的设计与有限元分析[J]. 钟翔福,路冬,舒嵘. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2019(02)
[8]高速旋转超声椭圆振动侧铣削振幅对钛合金表面完整性影响的研究[J]. 刘佳佳,姜兴刚,高泽,张明亮,张德远. 机械工程学报. 2019(11)
[9]超声复合电加工在线参数测控及优化试验[J]. 赵青青,邓正泉,朱永伟. 机械工程学报. 2018(17)
[10]基于阻抗控制的硬脆材料阵列微小孔超声加工研究[J]. 缪兴华,王忠进,王俊,汪炜. 电加工与模具. 2018(03)
博士论文
[1]旋转超声电解复合加工装置设计及试验研究[D]. 刘泽祥.南京农业大学 2014
[2]超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D]. 马付建.大连理工大学 2013
[3]新型超声换能器与辐射器的研究[D]. 田华.陕西师范大学 2013
[4]基于机床附件化的旋转超声波加工关键技术研究[D]. 刘礼平.天津大学 2012
[5]超声振动辅助电火花放电表面强化技术及机理研究[D]. 董春杰.山东大学 2011
[6]纳米复相陶瓷二维超声振动辅助磨削机理及其表面质量研究[D]. 闫艳燕.上海交通大学 2008
[7]旋转超声加工机床的研制及实验研究[D]. 郑书友.华侨大学 2008
[8]超声波铣削加工原理及相关技术研究[D]. 冯冬菊.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]旋转超声磨边装置设计及实验研究[D]. 黎志国.广东工业大学 2019
[2]难加工零件精密超声及复合电解加工工艺设计与应用研究[D]. 孙继欣.扬州大学 2018
[3]夹心式径向振动压电超声换能器研究[D]. 杨先莉.浙江师范大学 2014
[4]基于超声辅助加工的超声振动系统优化设计及试验[D]. 缪新磊.扬州大学 2012
[5]单激励二维超声振动切削装置设计及其性能的研究[D]. 张雄.河南理工大学 2012
[6]大功率收发兼备压电陶瓷的制备与性能研究[D]. 鞠超.济南大学 2011
[7]基于PLC的风电混合动力控制系统研究[D]. 郭振海.辽宁工程技术大学 2011
[8]超声辅助珩齿加工的理论分析与实验研究[D]. 高晓旭.太原理工大学 2010
[9]硬脆材料超声旋转套料加工系统的研制[D]. 郑练.哈尔滨工业大学 2008
[10]BNBKT压电陶瓷制备及压电性能研究[D]. 李洪辉.长春理工大学 2008
本文编号：3362842
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２超声加工微孔?
?扬州大学硕士学位论文???学泽隆久等Ｗ人在线加工出微细工具头，将其应用到超声加工机床上且在石英玻璃上加??工出了直径为的微孔，到了?１９９８年更是将其精度提高到了帕ｐｍ，如图１－２所示。??美国Ｂｒａｎｓｏｎ声能公司［６］利用工具作轴向振动的同时旋转的复合作用，先后研制出了??ＵＭＴ－３和ＵＭＴ－５两种超声旋转加工机，并且用ＵＭＴ－５成功在玻璃板上加工出了直径??深３００ｍｍ的孔。Ｅ．Ｂｒｉｎｋｓｍｅｉｅ［７］提出了分层加工的想法，２００４年，余祖元和??ＲａｊｕｒｋａＭ等人采用分层扫描的加工方式，利用独立开发的微细超声振动系统加工出了??微细三维型腔，如图１－３所示。??图１－２超声加工微孔?图１－３微细三维型腔??１９５０年前后，我国学者也开始关注超声加工技术，到了?１９６０年，开始了关于超声??车削的探索研究，１０年后年，ＣＮＭ－２型超声研磨机在上海研制成功，从２０世纪末开??始，我国在超声加工技术上的投入不断增加，其发展越来越快，在金刚石、陶瓷、大??理石等难加工材料领域有了飞速的发展，解决了一系列的关键性问题，效果显著。天??津大学宋宁霞［９１利用超声的特性，对金属表面的摩擦磨损性能进行了研究，采用??ＴＪＵ－ＵＭＳＮＴ－】型超声表面纳米加工装置对４５号钢、４０Ｃｒ钢和铸铝棒材进行加工处理，??发现经超声处理后的４５号钢和４０Ｃｒ钢的表面粗糙度比没有处理之前明显降低了许多，??表面更加光整且质量更高，耐磨性更高。２００１年天津大学于思远等网人对工程陶瓷小??孔超声磨削的加工机理展开了探究，使用不同参数加工，得到不同的加工效率，分析??了各种参数对加工效率的影响，２００５年，重庆大学周忆和梁德沛对在超
?第１章绪论???小孔和Ｚｒ０２中心孔喇叭口的显微照片。???小?３－８１９????Ｉ?ｍ??图１－４?Ｋ９玻璃阵列微小孔?图１－５?ＺｒＯ：中心孔喇叭口??１．２超声复合电加工技术??１．２．１超声复合电火花加工??２０世纪４０年代，电火花加工（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋ?Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）开始研究，这种加工方式??在日本和欧美称之为放电加工，由于其加工时会产生人眼可见到的火花，所以在我国??和前苏联又称其为电火花加工，现在的俄罗斯称之为电蚀加工（Ｅｌｅｃｔｒｏｅｒｏｓｉｏｎ??Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）。电火花放电时，在火花通道中会有大量的热量产生，这种瞬时的高温足??以让金属材料表面局部熔化乃至于汽化，从而蚀除多余的金属。电火花腐蚀金属主耍??经历四个阶段【１７】：第一个阶段是在极间介质的电离和击穿过程中形成放电通道；第二??个阶段是介质经过高温作用开始热分解，电极幵始熔化、汽化热膨胀；第三个阶段是??电极材料被抛离；第四个阶段是极间介质的消电离。??由于电火花加工方式特殊，一般主要依靠放电来去除材料，因此这种加工方式不??受工件材料硬度限制，无机械加工宏观的切削力，因而常用于复杂形状的表面和特殊??零件的加工，所以其应用场景广泛。当然，电火花加工也有其局限性，一般用于金属??等导电材料的加工，加工速度低于传统的切削加工，电极在加工时会有严重的损耗从??而影响加工精度。??超声复合电火花加工是将超声振动引进到电火花加工的过程中，利用超声空化和??加工时的泵吸作用，来加快工作液流动速度从而有效提高电蚀物的排出，改善工件和??电极间隙放电环境，避免电弧放屯从而提高有效脉冲的比例，减少电极磨损，改善加??工
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究[J]. 杨宇辉,陈海彬,马文举,赵恒,隆志力. 表面技术. 2020(04)
[2]基于ANSYS设计的旋转超声加工振动装置与试验[J]. 闫志刚,郭丽娜,朱永伟,纪能健. 机械工程与自动化. 2020(01)
[3]基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计[J]. 田会方,路克义,吴迎峰,丁皓. 机床与液压. 2019(20)
[4]超声加工技术的研究进展[J]. 张德远,刘逸航,耿大喜,姜兴刚. 电加工与模具. 2019(05)
[5]塑料组合构件超声波焊接振动系统的研制[J]. 杨庭飞,赵青青,朱永伟. 现代塑料加工应用. 2019(05)
[6]电极超声振动复合混粉电火花加工试验研究[J]. 赵玉田,邵云鹏,祝锡晶,崔学良,黎相孟,仝志宏. 科学技术与工程. 2019(28)
[7]纵振型超声振子的设计与有限元分析[J]. 钟翔福,路冬,舒嵘. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2019(02)
[8]高速旋转超声椭圆振动侧铣削振幅对钛合金表面完整性影响的研究[J]. 刘佳佳,姜兴刚,高泽,张明亮,张德远. 机械工程学报. 2019(11)
[9]超声复合电加工在线参数测控及优化试验[J]. 赵青青,邓正泉,朱永伟. 机械工程学报. 2018(17)
[10]基于阻抗控制的硬脆材料阵列微小孔超声加工研究[J]. 缪兴华,王忠进,王俊,汪炜. 电加工与模具. 2018(03)
博士论文
[1]旋转超声电解复合加工装置设计及试验研究[D]. 刘泽祥.南京农业大学 2014
[2]超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D]. 马付建.大连理工大学 2013
[3]新型超声换能器与辐射器的研究[D]. 田华.陕西师范大学 2013
[4]基于机床附件化的旋转超声波加工关键技术研究[D]. 刘礼平.天津大学 2012
[5]超声振动辅助电火花放电表面强化技术及机理研究[D]. 董春杰.山东大学 2011
[6]纳米复相陶瓷二维超声振动辅助磨削机理及其表面质量研究[D]. 闫艳燕.上海交通大学 2008
[7]旋转超声加工机床的研制及实验研究[D]. 郑书友.华侨大学 2008
[8]超声波铣削加工原理及相关技术研究[D]. 冯冬菊.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]旋转超声磨边装置设计及实验研究[D]. 黎志国.广东工业大学 2019
[2]难加工零件精密超声及复合电解加工工艺设计与应用研究[D]. 孙继欣.扬州大学 2018
[3]夹心式径向振动压电超声换能器研究[D]. 杨先莉.浙江师范大学 2014
[4]基于超声辅助加工的超声振动系统优化设计及试验[D]. 缪新磊.扬州大学 2012
[5]单激励二维超声振动切削装置设计及其性能的研究[D]. 张雄.河南理工大学 2012
[6]大功率收发兼备压电陶瓷的制备与性能研究[D]. 鞠超.济南大学 2011
[7]基于PLC的风电混合动力控制系统研究[D]. 郭振海.辽宁工程技术大学 2011
[8]超声辅助珩齿加工的理论分析与实验研究[D]. 高晓旭.太原理工大学 2010
[9]硬脆材料超声旋转套料加工系统的研制[D]. 郑练.哈尔滨工业大学 2008
[10]BNBKT压电陶瓷制备及压电性能研究[D]. 李洪辉.长春理工大学 2008
本文编号：3362842
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