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技術(shù)文章
關(guān)于超聲波振動平臺的由來和原理解析
閱讀：5856 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運而生了。超聲波橢圓振動切削已受到學術(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以及國內(nèi)的北京航空航天大學和上海交通大學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，成功應用于玻璃的成型。
我國設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、微細部位和微細模具的超精密切削加工等方面還需要進一步深入研究。
超聲波振動平臺輔助微細加工平臺，其特征在于，包括直角形底板、上振動塊、下振動塊、直線導軌A和直線導軌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)面通過直線導軌B安裝在直角形底板上，直線導軌B的導軌方向與下振動塊振動方向一致；上、下振動塊通過直線導軌A相連接，直線導軌A固定于下振動塊的自由端與直線導軌B相對的上側(cè)面，直線導軌A的導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行分析，并對傳統(tǒng)換能器結(jié)構(gòu)進行改進，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)設計，并借助于有限元軟件ANSYS10.0進行換能器，變幅桿的動力學分析，驗證理論分析的正確性。
(5)對超聲換能器進行匹配電路分析，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)設計，并借助于有限元軟件ANSYS10.0進行換能器，變幅桿的動力學分析，驗證理論分析的正確性。
(5)對超聲換能器進行匹配電路分析，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)。