面向超声振动加工的高效谐振能量传输与状态保证技术

发布时间：2020-08-22 17:27

【摘要】：硬脆材料凭借其耐磨、耐热等优点,在航空航天领域得到越来越广泛的应用。但是传统加工硬脆材料所带来的耗时长、成本高等问题制约了硬脆材料的发展。相比于传统加工,超声振动加工技术是一种复合加工技术,它是目前加工硬脆材料的一种很有效的方法,具有良好的发展前景。本文针对超声振动加工技术主要研究内容如下:(1)从超声能量定向传递的角度出发,分析在无负载条件下超声能量在超声振动系统中的传递,得出能量密度与杆件密度、系统固有频率的平方成正比,在此基础上对超声振动结构进行了优化;同时对有负载条件下负载特性对超声振动加工的影响进行了分析,得出超声振动加工的材料不能是显容或者显感性质。(2)针对传统电能传输的不便,研究了非接触电能系统的相关技术,主要包括非接触电能传输的数学模型分析以及匹配网络的建立技术。并综合传统非接触电能传输系统,对新型非接触电能传输系统进行了仿真研究,分析出磁芯间隙的大小是影响非接触电能传递效率的最大因素。(3)讨论了压电换能器振子的结构设计和频率方程,基于四端网络理论,推导出复合变幅杆的尺寸参数,在此基础上采用有限元仿真技术进行了验证。针对传统工具杆连接的缺点,提出热缩法连接方式。(4)将本文提出的理论和方法应用到了超声振动钻削装置的研制,对装置进行调试实验,实验结果表明超声振动钻削加工中谐振状态良好,轴向力是普通钻削的1/8-1/6,加工速率是它的三倍以上,达到了预期要求。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG663
【图文】：

比较常见的有通用系列和线性系列。其中，通用系列中，有结构最紧凑的逡逑ＵＬＴＲＡＳ０ＮＩＣ１０，入门级的ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ５０和加工经济的ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ７０。线性系列逡逑中，配备统一温度管理的ＵＬＴＲＡＳ０ＮＩＣ３０占据重要的地位。如图１．２、１．３、１．４、逡逑１．邋５所示。逡逑德玛吉的ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ系列机床主要应用于尺寸精度、轮廓精度和表面质量逡逑Ｒａ〈邋０．邋１师要求高的领域，超声加工高性能材料的光学／钟表／医疗器械的逡逑复杂几何形状以及用于高精度模具制造。如图１．邋６是ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ系列机床超声逡逑振动加工陶瓷材料的零件。逡逑瞻ｊＱ｜逡逑图邋１．２邋ＤＭＧ邋ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ邋１０逦图邋１．３邋ＤＭＧ邋ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ５０逡逑图邋１．４邋ＤＭＧ邋ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ７０逦图邋１．５邋ＤＭＧ邋ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ３０逡逑３逡逑

逦硕士学位论文逡逑几种优化型扭转振动复合变幅杆的性能［４８’４９１。常用的变幅杆如下图１．８。逡逑■邋，逡逑．二…：一邋＇＇晷｜咖’逡逑■邋ｌｉＵ邋Ｉ逡逑图１．８超声变幅杆逡逑１．３超声振动加工存在的问题与发展趋势逡逑超声振动加工技术一般适用于硬脆材料的加工，例如复合陶瓷，碳化硅，淬逡逑火钢等等，对于初性高的材料加工效果较差。国内目前在超声振动加工的理论研逡逑宄方面进展很大，有高校己经做出单轴超声振动加工的样机，但是还没有形成产逡逑业化生产，主要受制以下几个因素。逡逑１．

硕士学位论文逡逑２超声振动加工系统的能量传递分析技术逡逑论文的主体技术框架如图２．１所示。逡逑：超声振动加工；逡逑姞“析逦｜？ｆ］逡逑…＿逦酿＿Ｉ逦ｉ邋Ｉ邋‘邋Ｊ：厂‘」：ｆ邋’邋！邋ＩＩ逡逑丨无负载逦有负载逦２ｌｆ２邋新型非接逡逑匹配网络邋袼５装置逦复合变逦基于工逡逑的仿真研逦黑Ｓ邋幅杆的换能器具杆的逡逑逦邋究逦仿真研允四端网的设计优化分逡逑—；￣逦—ｉ逦！—；逦—逦——逦邋络参数逦析技术逡逑换能逦变幅丨逦丨｜｜逡逑綦的逦杆的；逦丨加工逡逑能量逦能量：逦丨＝逦适用逡逑传递逦传递逦丨范围逡逑分析逦分析丨逦：ｉｆ逡逑…逦Ｌ逦＿＿＿＿＿逡逑图２．１超声振动加工技术的主体框架逡逑２．１超声振动加工系统的结构组成和作用逡逑超声振动加工系统由换能器，变幅杆和负载组成，超声能量在各个环节都应逡逑尽可能减少能量的损耗，使得工具端面拥有较高的位移速度或者位移振幅［５（）］。现逡逑在的换能器振子，无论是磁致伸缩式还是压电陶瓷式，当处于谐振状态时，换能逡逑器振子前端端面的振动速度或者位移振幅都很小。因此需要在换能器振子的前端逡逑面加一级变幅杆，当要求振幅很大时，加两级变幅杆，直到满足加工的需求。如逡逑图２．２所示，是超声振动加工系统示意图。逡逑ｎｎ卜邋卜逡逑后匹配块电极压电陶瓷片前匹配块逦变幅杆逦工具杆逡逑图２．２超声振动系统示意图逡逑超声振动加工系统实际上就是一个能量传递系统，在这个系统中换能器的作逡逑用就是将电能转换成声能，根据超声振动系统的结构将能量传输到工具端的端面。逡逑从系统整个能量转换角度可以看出

【参考文献】

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本文编号：2800948