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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(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單,工具與工件 間宏觀作用力小,工具損耗能夠得到補(bǔ)償,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維輪廓的加工等特點(diǎn),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(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ) 上,通過實(shí)驗(yàn)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(jī)床進(jìn)行了超聲波銑削加工實(shí)驗(yàn),對(duì)超聲波銑削加工機(jī)理與工藝進(jìn)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(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及機(jī)床進(jìn)給三種運(yùn)動(dòng)綜合作用下超聲波銑削加工的材料去除機(jī)理。加工過程中材料 的去除同時(shí)具有沖擊、磨蝕和空化三種作用,由于工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng),為壓痕裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展提供了有利條件,從而使得脆性材料的裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展 可能性增加,材料去除率增大?；趬汉蹟嗔牙碚?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(jì)的主要依據(jù),針對(duì)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(duì)各部分進(jìn)行全面分析的問題, 從變截面的桿的波動(dòng)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(jì)和性能分析。

同時(shí),設(shè)計(jì)并制作了圓錐和指數(shù)過渡的階梯形復(fù)合變幅桿,實(shí)驗(yàn)表明,其他條件不變,改變復(fù)合變幅桿小端圓柱部 分的長(zhǎng)度L_3,對(duì)其頻率值影響很大,L_3長(zhǎng)度減小,頻率值增大,可以此對(duì)變幅桿進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?研究了工具尺寸及材料性質(zhì)對(duì)變幅桿固有頻率和放大系數(shù)的影響,實(shí)驗(yàn)表明,隨著工具長(zhǎng)度、直徑的增加,變幅桿頻率f呈下降趨勢(shì),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(zhǎng)度再安裝工具。推導(dǎo)出安裝簡(jiǎn)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(jì)、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(jī)床進(jìn)行了超聲數(shù)控鉆孔的實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)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(jī)理,實(shí)驗(yàn)研究了各種加工參數(shù)對(duì)工具損耗的影響。通過分析比較得出,按運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度進(jìn)行工具縱向 損耗補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/span>