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關(guān)于超聲波振動平臺的由來和原理解析
閱讀：6369 發(fā)布時間：2023-4-4 隨著難加工材料精度要求的提高，特別是航空 航天零件，一維超聲加工已經(jīng)明顯不能滿足生產(chǎn)的需要，二維超聲振動加工應(yīng)運而生了。超聲波橢圓振動切削已受到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的重視，美國、英國、德國和新加波等國的大學(xué)以及國內(nèi)的北京航空航天大學(xué)和上海交通大學(xué)已開始這方面的研究工作。
日本企業(yè)界(如日立、多賀和 Towa 等)已開始這方面的實用化研究。 Chandra Nath 等人研究硬質(zhì)合金刀尖圓弧半徑在超聲橢圓振動切削下的影響中，闡述了刀具的幾何形狀，特別是刀具的圓弧半徑對一維超聲振動切削性能的影響。利用實驗表明了刀具圓弧半徑在 0.6mm 或更低(例如0.2mm 或 0.4mm)和更高的圓弧半徑(例如 0.8mm)下，超聲橢圓振動切削在各個方面明顯表現(xiàn)更好。N.Suzuki等人利用超聲橢圓振動切削鎢合金模具的光學(xué)玻璃零件中表明，由于傳統(tǒng)振動切削不能獲得更的精度，主要是因為刀具的快速磨損，脆性材料的破裂及黏糊在刀具上。而超聲橢圓切削能獲得更實用的超精密模具，成功應(yīng)用于玻璃的成型。
我國設(shè)計出高頻超聲橢圓振動精密切削，其相對一般的橢圓振動和普通低頻超聲振動具有減低切削力、提高加工精度的效果，并且可采用更高切削速度，從而可以提高工作效率。但是，超聲波橢圓振動切削在理論和應(yīng)用方面還有許多工作要做。尤其是對硬脆性材料的超精密切削加工、微細(xì)部位和微細(xì)模具的超精密切削加工等方面還需要進(jìn)一步深入研究。
超聲波振動平臺輔助微細(xì)加工平臺，其特征在于，包括直角形底板、上振動塊、下振動塊、直線導(dǎo)軌A和直線導(dǎo)軌B、長支撐板、短支撐板、變幅桿A和變幅桿B、換能器A和換能器B與超聲波發(fā)生器；直角形底板固定在機床工作臺上，上振動塊與下振動塊分別沿進(jìn)給和側(cè)吃刀量方向呈相互垂直布置，下振動塊的自由端下側(cè)面通過直線導(dǎo)軌B安裝在直角形底板上，直線導(dǎo)軌B的導(dǎo)軌方向與下振動塊振動方向一致；上、下振動塊通過直線導(dǎo)軌A相連接，直線導(dǎo)軌A固定于下振動塊的自由端與直線導(dǎo)軌B相對的上側(cè)面，直線導(dǎo)軌A的導(dǎo)軌方向與上振動塊振動方向一致；工件通過螺紋連接固定在上振動塊的自由端上；
所述上振動塊的固定端與變幅桿A、變幅桿A與換能器A之間分別通過雙頭螺柱連接，兩個雙頭螺柱的中心軸共線；所述下振動塊與變幅桿B、變幅桿B與換能器B之間分別通過雙頭螺柱連接，兩個雙頭螺柱的中心軸共線；變幅桿A和變幅桿B在各自節(jié)點位置分別通過長支撐板和短支撐板固定在直角形底板上；
所述換能器A與換能器B通過導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器連接，超聲波發(fā)生器能實現(xiàn)同時輸出兩個頻率相同的超聲信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)兩個超聲信號的相位差；工件固定于上振動塊的自由端時，工件與上振動塊組成的整體尺寸與下振動塊的尺寸相同；工件與上振動塊保持緊密接觸，接觸面涂凡士林作為傳遞介質(zhì)；上、下振動塊的固有頻率與超聲振動頻率相差小于100Hz，上、下振動塊的振型為縱振模態(tài)，且上、下振動塊的自由端具有位移值。
(1)廣泛查閱國內(nèi)外在超聲加工技術(shù)研究方面的資料，準(zhǔn)確把握超聲加工技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢，關(guān)鍵技術(shù)以及國內(nèi)急需解決的主要問題。
(2)對傳統(tǒng)超聲振動車削機理進(jìn)行分析，并對傳統(tǒng)換能器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其實現(xiàn)二維超聲振動。
(3)利用MATALB仿真軟件，對二維超聲振動進(jìn)行研磨，珩磨運動軌跡仿真。
(4)實現(xiàn)二維超聲振動換能器，變幅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并借助于有限元軟件ANSYS10.0進(jìn)行換能器，變幅桿的動力學(xué)分析，驗證理論分析的正確性。
(5)對超聲換能器進(jìn)行匹配電路分析，并對超聲發(fā)生器的頻率自動跟蹤技術(shù)進(jìn)行初步探討。
通過本文的研究，證明了所提出的新思路是合理，可行的，這對改善工件的精度和表面粗糙度實現(xiàn)以車代磨有重要意義，并對二維超聲振動技術(shù)的研究提供了參考依據(jù)。
(3)利用MATALB仿真軟件，對二維超聲振動進(jìn)行研磨，珩磨運動軌跡仿真。
(4)實現(xiàn)二維超聲振動換能器，變幅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并借助于有限元軟件ANSYS10.0進(jìn)行換能器，變幅桿的動力學(xué)分析，驗證理論分析的正確性。
(5)對超聲換能器進(jìn)行匹配電路分析，并對超聲發(fā)生器的頻率自動跟蹤技術(shù)進(jìn)行初步探討。
通過本文的研究，證明了所提出的新思路是合理，可行的，這對改善工件的精度和表面粗糙度實現(xiàn)以車代磨有重要意義，并對二維超聲振動技術(shù)的研究提供了參考依據(jù)。