可更换刀具超声波切割主轴的研制

发布时间：2017-08-19 13:14

  本文关键词：可更换刀具超声波切割主轴的研制

  更多相关文章： NOMEX蜂窝材料 超声波切割主轴 自动换刀 声学系统 模态分析

【摘要】：NOMEX蜂窝材料作为一种优异的复合材料，在航天航空、汽车以及建筑等领域的应用越来越广泛。传统的高速铣削加工效率低，工件表面质量差，加工粉尘多，环境和人生安全都得不到保障。如何提高蜂窝材料的加工效率，改善加工环境；如何满足零件的复杂化和巨型化发展趋势的加工要求，一直困扰着各大制造商。 针对以上问题，将超声波切割技术引入到NOMEX蜂窝材料加工领域，研制出适用于加工NOMEX蜂窝材料所使用的超声波切割主轴，主要内容分为以下七个部分： 第一章，介绍了NOMEX蜂窝材料的结构特点和性能，国内外的研究现状以及超声波切割技术等三方面的内容。 第二章，，从分析现有的超声波切割主轴结构特点出发，结合超声切割的基本原理，研制了一套新型的可自动更换刀具的超声波切割主轴，并在此基础上设计了两套适用于不同场合的刀具自动更换装置。 第三章，分析数控机床五轴联动技术的工作原理和特性，将超声波切割主轴与A/C轴双摆角铣刀头组合起来，实现超声波切割主轴的多轴摆动，满足零件复杂化发展趋势的要求。 第四章，根据超声加工的基本原理和超声波切割技术的特点，对新型的超声波切割主轴的核心部件超声波声学系统进行了设计：运用夹芯式压电换能器的频率方程，分析计算出了工作频率20kHz的夹芯式压电换能器的结构尺寸；结合解析法和四端网络法分析计算出了工作频率20kHz的圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆的外形尺寸；结合NOMEX蜂窝材料结构特性，设计了两款适用于不同工况的切割刀具。 第五章，借助于有限元分析软件ANSYS Workbench，分析了两套不同的超声波声学系统的变形和模态性能，为超声波切割主轴的理论研究以及产品开发提供理论依据。 第六章，利用激光位移传感器对刀具振幅进行了测量，实验结果表明，刀具在超声振动作用下最大振幅为0.035mm，且分布在刀具最外沿；利用红外线温度测量仪对超声波切割主轴在工作过程中的温度进行了测量，实验结果表明，超声波切割主轴工作过程中温度变化稳定，没有明显升温趋势；利用超声波切割主轴进行了大量的切割实验，取切屑进行分析，结果表明，切屑表面光滑，没有毛刺，形体连续完整，满足加工要求。 第七章，总结论文的主要研究内容，对NOMEX蜂窝材料的超声波切割主轴的进一步研究工作进行了探讨和展望。
【关键词】：NOMEX蜂窝材料 超声波切割主轴 自动换刀 声学系统 模态分析
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 NOMEX 蜂窝材料10-13
• 1.1.1 NOMEX 蜂窝材料结构及特点10-11
• 1.1.2 NOMEX 蜂窝材料的应用及发展11-13
• 1.2 NOMEX 蜂窝材料的加工方法及研究现状13-16
• 1.2.1 NOMEX 蜂窝材料加工方法13-14
• 1.2.2 NOMEX 蜂窝材料研究现状14-16
• 1.3 超声波切割研究现状16-18
• 1.3.1 超声波切割技术16-17
• 1.3.2 超声波切割主轴研究现状17-18
• 1.4 论文研究意义和内容18-20
• 1.4.1 论文研究意义和目的18
• 1.4.2 论文主要内容18-20
• 第2章 可更换刀具超声波切割主轴总体设计20-33
• 2.1 现有超声波切割主轴结构20-21
• 2.2 可更换超声波切割主轴结构设计21-27
• 2.2.1 可更换超声波切割主轴结构22-24
• 2.2.2 电机选择24
• 2.2.3 主轴轴承24-26
• 2.2.4 集流环26-27
• 2.3 声学系统自动更换装置27-31
• 2.3.1 基于电机控制的刀具自动更换装置27-29
• 2.3.2 基于气动控制的刀具自动更换装置29-31
• 2.4 超声波发生器31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 刀具摆动装置33-39
• 3.1 五轴联动33-34
• 3.2 五轴铣削的基本原理34-36
• 3.3 刀具摆动装置与超声波切割主轴36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 可更换刀具超声波切割声学系统设计39-56
• 4.1 纵向振动夹芯式压电换能器39-45
• 4.1.1 压电效应与压电材料40-41
• 4.1.2 夹芯式压电换能器的频率方程41-45
• 4.2 变幅杆45-53
• 4.2.1 单一变幅杆45-47
• 4.2.2 复合变幅杆47-49
• 4.2.3 圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆49-53
• 4.3 刀具53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 声学系统的有限元分析56-69
• 5.1 圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆模态分析56-59
• 5.2 声学系统模态分析59-68
• 5.2.1 圆形刀声学系统模态分析59-64
• 5.2.2 尖形切割刀声学系统模态分析64-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第6章 超声波切割实验69-75
• 6.1 超声波切割刀具振幅检测69-71
• 6.2 超声波切割实验71-74
• 6.3 本章小结74-75
• 第7章 总结与展望75-77
• 7.1 回顾与总结75-76
• 7.2 今后工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 附录82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张小珍,李勇,宋桂枝,隋广中,王运利;温度对Nomex蜂窝压缩和剪切强度影响[J];材料工程;1993年10期

2 李勇;Nomex蜂窝在俄罗斯航空领域的发展及应用[J];材料工程;1995年04期

3 黄钧铭;孙茂健;朱敏英;王思源;王典新;;蜂窝结构材料用国产芳纶纸性能分析[J];高科技纤维与应用;2008年06期

4 许潮华 ,张小珍 ,宋桂枝;新型Nomex蜂窝芯材及其制造[J];航空材料;1984年05期

5 李勇;直九机用Nomex蜂窝研究[J];航空材料学报;1996年01期

6 李志强,樊锐,陈五一,陈鼎昌;纤维增强复合材料的机械加工技术[J];航空制造技术;2003年12期

7 高军;崔巍;;超声切割技术在复合材料加工领域的应用[J];航空制造技术;2008年04期

8 马立;鲁烈峰;白仲安;李硕;;芳纶纤维增强复合材料的机械加工[J];航天制造技术;2007年06期

9 李贵花;张向慧;傅水根;左晶;高炬;;基于四端网络法的指数形超声换能器性能分析[J];机械设计与研究;2010年03期

10 原丰霞,张慧君,朱国良;基于ANSYS的超声变幅杆的优化设计[J];机械工程师;2004年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孟黎清;飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D];太原理工大学;2011年

本文编号：700902