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超聲波加工適合于加工硬脆材料,可以加工復(fù)雜的三維型腔,而傳統(tǒng)的超聲波加工需要制作與被加工型腔凸凹相反的工具,所以工具制作非常復(fù)雜,工具的加工成本 高,、周期長而且存在加工過程中工具磨損嚴(yán)重等問題,嚴(yán)重影響著加工的精度和效率。 超聲波銑削是一種新興的超聲波加工工藝,它利用簡單形狀工具,基于快速原型中分層制造思想,采用分層去除方法加工硬脆材料,具有工具制作簡單,工具與工件 間宏觀作用力小,工具損耗能夠得到補償,可實現(xiàn)復(fù)雜三維輪廓的加工等特點,是具有開發(fā)前景的超聲波加工技術(shù),。本文在系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外大量文獻資料的基礎(chǔ) 上,通過實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法,利用自行改裝的超聲波銑削加工機床進行了超聲波銑削加工實驗,對超聲波銑削加工機理與工藝進行了深入研究,豐富 和完善了超聲波加工技術(shù)現(xiàn)有的理論成果,。

在傳統(tǒng)超聲波加工工藝規(guī)律研究的基礎(chǔ)上,探索了在工具作高頻振動和旋轉(zhuǎn)運動以及機床進給三種運動綜合作用下超聲波銑削加工的材料去除機理。加工過程中材料 的去除同時具有沖擊,、磨蝕和空化三種作用,由于工具的旋轉(zhuǎn)運動和機床進給運動,為壓痕裂紋的產(chǎn)生和擴展提供了有利條件,從而使得脆性材料的裂紋產(chǎn)生與擴展 可能性增加,材料去除率增大,。基于壓痕斷裂理論,建立了的超聲波銑削加工材料去除率理論模型,從模型可以看出材料去除率與加工靜壓力,、磨料尺寸,、濃度、工 具尺寸,、工件材料性能等參數(shù)有關(guān),。 變幅桿的頻率方程是變幅桿幾何尺寸合理化設(shè)計的主要依據(jù),針對現(xiàn)有的復(fù)合變幅桿理論公式只能表示出相鄰兩端桿間的關(guān)系,無法對各部分進行全面分析的問題, 從變截面的桿的波動方程出發(fā),利用四端網(wǎng)絡(luò)法,推導(dǎo)出帶圓錐和指數(shù)過渡段的階梯形復(fù)合變幅桿的頻率方程和放大倍數(shù)通用公式,該公式能夠表示出復(fù)合變幅桿三 段間的關(guān)系,便于復(fù)合變幅桿的設(shè)計和性能分析。

同時,設(shè)計并制作了圓錐和指數(shù)過渡的階梯形復(fù)合變幅桿,實驗表明,其他條件不變,改變復(fù)合變幅桿小端圓柱部 分的長度L_3,對其頻率值影響很大,L_3長度減小,頻率值增大,可以此對變幅桿進行適當(dāng)?shù)男拚?研究了工具尺寸及材料性質(zhì)對變幅桿固有頻率和放大系數(shù)的影響,實驗表明,隨著工具長度,、直徑的增加,變幅桿頻率f呈下降趨勢,欲使變幅桿安裝工具后頻率保 持不變,可適當(dāng)減小變幅桿末端長度再安裝工具,。推導(dǎo)出安裝簡單工具后復(fù)合變幅桿諧振頻率、振幅等性能的通用公式,為變幅桿及其加工工具的設(shè)計,、制作提供了 理論依據(jù),。 zui后,利用改裝的超聲波數(shù)控加工機床進行了超聲數(shù)控鉆孔的實驗研究,對超聲波數(shù)控鉆孔中存在崩邊現(xiàn)象、工具損耗嚴(yán)重,、加工效率較低等問題提出了改善措施,。 分析了超聲波銑削加工中工具損耗現(xiàn)象以及損耗產(chǎn)生的原因和機理,實驗研究了各種加工參數(shù)對工具損耗的影響。通過分析比較得出,按運動軌跡長度進行工具縱向 損耗補償?shù)姆椒ā?/span>