微细旋转超声加工机理及相关技术研究

发布时间：2017-05-12 03:10

  本文关键词：微细旋转超声加工机理及相关技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微细旋转超声加工（Micro Rotary Ultrasonic Machining：μRUM）是一种结合了超声加工（Ultrasonic Machining：USM）和磨削加工优点的新型复合特种加工方法。与传统的电加工方法相比，μRUM对材料的导电性没有要求，并可以较好的保持工件原有特性，因此在非导电硬脆性材料的微细加工领域有重要的应用价值。但目前μRUM的机理尚不完全明确，在一定程度上限制了该方法的进一步发展。 本文首先针对μRUM的工艺特点，设计了基于恒定速率进给的μRUM加工装置；在此基础上根据实验需求搭建了轴向力测量系统并编写了基于LabVIEW的轴向力采集软件。 开展了μRUM中材料塑性去除模式的研究，在考虑主轴旋转运动对材料去除形状影响的基础上，得到了新的材料塑性去除模型；模型验证实验结果表明：在低进给速率下，理论值与实验值吻合的较好；随着进给速率的增加误差逐渐变大，这主要是材料的去除模式随着进给速率的增加发生转变所导致的。 对μRUM加工碳化硅（SiC）陶瓷过程中的轴向力展开了研究。对轴向力的频域分析表明其中包含了由刀具变形引起的低频信号和由超声振动带来的高频信号。在此基础上分别拟合了加工参数对轴向力、轴向力低频信号周期和磨粒切深的经验公式。此外，还分析了轴向力对工具磨损类型的影响。 除此之外，设计了响应曲面实验探索了μRUM加工钛合金中的轴向力特性；分析了加工参数对轴向力、轴向力低频信号周期、切深的影响；在此基础上，利用COMSOL Multiphysics4.2有限元仿真软件模拟了单磨粒在一个振动周期内的加工过程，与实验值的对比表明，理论解与实验值吻合较好，进一步证明了切深计算方法的可靠性。 最后本文还阐述了多功能微细旋转超声加工机床初步设计工作，确立了机床的机械本体结构并选定了电机的伺服控制方案；提出了PMAC作为下位机，基于LabVIEW的数控软件作为上位机的数控方案；在此基础上重点论述了数控系统中关键功能模块的编写技术。
【关键词】：微细旋转超声加工 轴向力 塑性去除 工具磨损 LabVIEW
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 旋转超声加工技术12-15
• 1.1.1 旋转超声加工简介12-15
• 1.1.2 旋转超声加工去除机理15
• 1.2 旋转超声加工研究现状15-20
• 1.2.1 加工装备研制现状15-17
• 1.2.2 加工机理研究现状17-19
• 1.2.3 工艺实验研究现状19-20
• 1.3 课题研究来源、意义及内容20-22
• 1.3.1 课题来源20
• 1.3.2 课题意义20-21
• 1.3.3 课题研究内容21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 基于恒速进给的微细旋转超声加工装置23-31
• 2.1 机床系统23-24
• 2.2 超声振动装置24-25
• 2.3 轴向力测量系统25-30
• 2.3.1 高频动态力传感器25-27
• 2.3.2 数据采集方案27
• 2.3.3 基于 LabVIEW 的采集软件27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 微细旋转超声加工材料塑性去除模型31-42
• 3.1 塑性去除模型的建立31-35
• 3.1.1 模型假设31
• 3.1.2 模型建立31-35
• 3.2 参数拟合实验35-37
• 3.2.1 实验装置35
• 3.2.2 参数拟合实验设计35-36
• 3.2.3 参数拟合实验设计结果36-37
• 3.3 模型验证实验37-40
• 3.3.1 模型验证实验37-38
• 3.3.2 模型验证实验结果分析38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 微细旋转超声加工 SiC 陶瓷轴向力研究42-54
• 4.1 参数筛选实验设计42-43
• 4.2 参数筛选实验分析43-45
• 4.2.1 轴向力大小分析43
• 4.2.2 轴向力频域分析43-44
• 4.2.3 切深计算公式推导44-45
• 4.3 Box-Behnken 响应曲面实验45-50
• 4.3.1 Box-Behnken 实验设计45-46
• 4.3.2 加工参数对轴向力的影响46-47
• 4.3.3 轴向低频力信号分析47-49
• 4.3.4 切深分析49-50
• 4.5 工具磨损分析50-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第五章 微细旋转超声加工钛合金轴向力研究54-66
• 5.1 参数筛选实验54-55
• 5.1.1 参数筛选实验54
• 5.1.2 实验参数选择54-55
• 5.2 轴向力响应曲面实验55-57
• 5.2.1 Box-Behnken 实验设计55
• 5.2.2 加工参数对轴向力的影响55-57
• 5.3 轴向力信号频域分析57-60
• 5.3.1 轴向力低频信号分析57-59
• 5.3.2 切深响应曲面分析59-60
• 5.4 轴向力的有限元仿真计算60-65
• 5.4.1 几何模型与网格划分60-61
• 5.4.2 边界条件设置61-62
• 5.4.3 材料属性与求解器设置62
• 5.4.4 仿真结果分析62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 多功能微细旋转超声加工机床的设计66-76
• 6.1 硬件设计66-71
• 6.1.1 机械本体设计66-69
• 6.1.2 伺服系统设计69-71
• 6.2 数控系统开发技术71-75
• 6.2.1 系统基本功能71-72
• 6.2.2 关键功能模块的开发技术72-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第七章 结论与展望76-78
• 7.1 研究内容总结76-77
• 7.2 研究展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文84

【参考文献】

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本文编号：358656