二维振动辅助抛光新方法及系统研究

发布时间：2017-12-07 12:34

  本文关键词：二维振动辅助抛光新方法及系统研究

  更多相关文章： 抛光 二维振动辅助加工 去除函数 共振型驱动 非共振型驱动

【摘要】：光滑或超光滑表面元器件在航天航空、国防、生物医学、科学仪器、能源等重要的工程领域有着日益增长的应用需求。为了获得所需的光滑表面或超光滑表面元器件,迄今为止国际学术界和工业界进行了大量的研究,提出了一些非常有价值的利用外部能量场作用的非传统抛光加工方法,例如:磁场辅助抛光,超声振动辅助抛光,流场辅助抛光,电场辅助抛光等。在所提出的这些利用外部能量场作用的非传统抛光方法中,两轴超声振动辅助抛光方法驱动抛光工具以超声频率作闭合运动,可获得更大的抛光去除效率,特别是在微小几何特征元器件表面抛光中具有极大的应用潜力。但是,在现有的两轴超声振动抛光方法中,两轴超声振动是由阶梯形振动体沿轴向的纵向振动和沿横向的弯曲振动合成的,还存在如下一些缺陷制约了其性能。其一,振动体的振动模态受限于结构,难以得到期望比值的的纵向振动频率与弯曲振动频率,这使得合成的运动轨迹无法达到预期的运动轨迹要求;其二,在所要求的振动幅值较大的情况下,容易激起沿轴向和横向两个方向的多个高阶振动模态,这两个方向的高阶振动模态之间不可避免地存在耦合;其三,通过共振方式产生的超声振动频率,受限于振动体的共振模态频率,难以根据具体的加工要求进行调整。为解决现有的两轴超声振动辅助超声抛光中存在的问题,本文进行了二维振动辅助抛光新方法及系统的研究。本文的研究主要涉及如下三个方面,即:二维振动驱动抛光工具的闭合运动轨迹生成及抛光去除函数理论分析;两种解耦型二维振动抛光系统的研发以及性能分析;利用所研制的抛光系统,研究了抛光去除函数特征以及二维振动参数和抛光工艺参数对抛光去除的影响。(1)深入解析了二维振动产生期望的闭合李萨如运动的参数条件,二维振动参数对所产生的闭合运动轨迹形态的影响,抛光工具作闭合运动所形成的抛光作用域,以及抛光工具作闭合运动抛光时的材料去除函数。研究结果表明,控制二维振动的振动参数,可以获得填充正方形区域的闭合李萨如运动轨迹,所形成的交叉网格具有理想的均匀性和致密性,有助于改善抛光加工表面的纹理特征。在均布正方形区域的闭合往复重叠运动驱动下,抛光工具在工件表面形成拟正方形的影响域,抛光工具尺寸越小,抛光作用域越接近正方形;与圆形抛光作用域相比,拟正方形抛光作用域有利于快速缝合工件上的整个加工表面;去除函数数值仿真表明,去除函数形状为“Bowler帽”形。(2)创新性地提出了利用二维振动驱动抛光工具作闭合往复重叠运动的两种新原理。其一,利用两个独立的郎之万型振动体驱动抛光工具作闭合运动的原理,研发了具有超声频率的二维振动辅助抛光系统;其二,利用两个压电叠堆以非共振直接驱动方式驱动抛光工具作闭合运动的原理,研发了具有中高频率的二维振动辅助抛光系统。实验测试结果表明,两种系统在x和y向的互扰较小;解耦共振型抛光系统在x和y向皆可达到29.3kHz的共振频率;解耦非共振型抛光系统在x和y向皆可达到300Hz的工作带宽;利用解耦型非共振抛光系统易于产生不同频率比的闭合往复重叠运动轨迹。(3)利用所研发的两种二维振动抛光系统进行抛光实验,在连续进给抛光过程中,抛光力由于工件表面轮廓和进给运动的不平稳性使之具有一定程度的扰动,抛光力的统计均值主要依赖于施加于抛光工具的预加载荷;抛光工具作闭合往复重叠运动,所形成的抛光去除函数皆具有“Bowler帽”形的分布形态。(4)利用解耦共振型二维驱动抛光系统进行抛光实验,在共振二维驱动下,抛光工具作闭合运动,单位时间最大去除深度随着预加载荷、振幅的增大而增大,却随着进给速度的增大而减小;利用解耦非共振型二维驱动抛光系统,在非共振二维驱动下,抛光工具作闭合运动时,随着二维振动的频率、频率比以及预加载荷的增加,最大抛光去除深度将会增大。本文所进行的二维振动辅助抛光新方法及系统的研究,为进一步针对微小几何特征元器件进行高效的光滑或超光滑表面确定性抛光奠定了理论与实验基础。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG580.692

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本文编号：1262415