基于等效阻抗的超声加工自动进给系统设计研究

发布时间：2017-08-31 05:38

  本文关键词：基于等效阻抗的超声加工自动进给系统设计研究

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【摘要】：超声加工由于其独特的加工原理和特点,已广泛应用于半导体和非导电硬脆材料的复杂形状的型孔、型腔和成形表面的加工中。超声加工设备是影响其加工精度的主要因素,近年来逐渐成为研究热点。论文针对固结磨料超声加工的技术难点,开展了超声加工振动系统和自动进给系统的研究。具体研究内容如下:1、设计并制作出固结磨料超声加工振动系统,主要研究超声波发生器的选型方法、夹心式压电换能器的设计与匹配、一体化变幅工具杆的设计与仿真验证。2、提出了基于等效阻抗的自动进给方法,通过建立压电换能器的力学模型,基于力电类比,得出了处于串联谐振状态下超声振动系统的等效阻抗与加工力的关系,进而设计了基于等效阻抗的自动进给系统,设计了机床结构和控制程序。3、开展了超声振动系统和基于等效阻抗的自动进给系统的性能测试试验。主要从谐振频率和振幅两个方面,采用激光测振仪测量所开发的超声振动系统的振动性能;搭建了阻抗试验平台,验证超声振动系统的等效阻抗可以反映加工状态;以恒流源为超声电源对碳化硅陶瓷进行固结磨料超声孔加工试验,验证了自动进给系统的实际控制效果。
【关键词】：固结磨料超声加工 超声振动系统 自动进给系统 串联谐振状态 等效阻抗 恒流源
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 本课题研究背景11-15
• 1.1.1 超声加工技术的原理11-13
• 1.1.2 超声加工设备的组成13-14
• 1.1.3 超声加工设备的研究现状及进展14-15
• 1.2 课题研究目的与内容15-16
• 1.3 各章节内容安排16-18
• 第二章 超声加工振动系统设计与研制18-41
• 2.1 超声加工振动系统组成18-24
• 2.1.1 超声波发生器19-22
• 2.1.2 超声换能器22
• 2.1.3 变幅杆22-23
• 2.1.4 工具23-24
• 2.2 压电换能器设计与匹配24-33
• 2.2.1 频率与振幅的选择24
• 2.2.2 结构与材料的选择24-26
• 2.2.3 换能器设计方法与尺寸计算26-32
• 2.2.4 换能器的研制32
• 2.2.5 换能器的匹配32-33
• 2.3 变幅工具杆设计与仿真33-40
• 2.3.1 形状与材料的选择33-34
• 2.3.2 变幅工具杆设计方法与尺寸计算34-36
• 2.3.3 变幅工具杆有限元仿真36-40
• 2.3.4 变幅工具杆的研制40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 基于等效阻抗的超声加工自动进给设计41-54
• 3.1 自动进给系统总体设计41-45
• 3.1.1 自动进给调节系统的作用41-43
• 3.1.2 自动进给调节系统的技术要求43
• 3.1.3 自动进给调节系统的分类43
• 3.1.4 自动进给调节系统的基本组成部分43-45
• 3.2 超声振动系统等效阻抗分析45-51
• 3.2.1 压电换能器的阻抗特性46-47
• 3.2.2 串联谐振等效阻抗分析47-51
• 3.3 基于等效阻抗的超声加工自动进给设计51-53
• 3.3.1 机床结构设计51-52
• 3.3.2 控制程序设计52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 试验与结果分析54-63
• 4.1 振动性能测试54-57
• 4.1.1 振动性能测试装置54-55
• 4.1.2 振动性能测试结果与分析55-57
• 4.2 阻抗试验57-59
• 4.2.1 阻抗试验装置57-58
• 4.2.2 阻抗试验结果与分析58-59
• 4.3 超声孔加工试验59-62
• 4.3.1 超声孔加工试验条件59-60
• 4.3.2 超声孔加工试验结果与分析60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 论文完成的主要工作63-64
• 5.2 后续工作展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 在读研期间的研究成果及发表的学术论文71

【参考文献】

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本文编号：763772