超聲波三維振動(dòng)

更新時(shí)間：2024-03-08

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　　隨著我國機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械零件的精度越來越重要。在難加工的材料及復(fù)雜型面的加工領(lǐng)域中，傳統(tǒng)機(jī)械加工的效果并不理想。超聲振動(dòng)輔助加工方法的前景較好，能夠明顯提高加工穩(wěn)定性、擴(kuò)大加工范圍、提高工件表面的功能性，與其他加工方法相比有明顯優(yōu)勢。其中，共振型裝置的加工頻率較高，在切削加工中，能夠顯著降低主切削力，在一定程度上提高刀具壽命和加工精度。

　　目前，二維共振型加工方法，對于復(fù)雜型面的加工適應(yīng)性較差，三維共振型加工方法正好可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，然而存在加工精度低的問題，使加工后工件的應(yīng)用受到限制。究其原因，是由于缺少對超聲波三維振動(dòng)軌跡的研究，進(jìn)而影響工件的加工精度。因此，為了滿足人們對超聲振動(dòng)輔助加工做更深入研究的需求，對超聲波三維振動(dòng)加工的原理進(jìn)行探究，分析振動(dòng)軌跡對工件形貌的影響，進(jìn)而提出一種三維共振型振動(dòng)輔助加工裝置，并對裝置的加工效果進(jìn)行研究。

　　主要研究內(nèi)容如下：

　　(1)分析超聲波三維振動(dòng)輔助加工原理。首先闡述了超聲振動(dòng)輔助加工的原理；然后分析了同頻率簡諧運(yùn)動(dòng)和不同頻率簡諧運(yùn)動(dòng)的合成規(guī)律，用MATLAB進(jìn)行仿真分析；進(jìn)而提出一種三維振動(dòng)加工方法，用MATLAB分析了同頻率簡諧運(yùn)動(dòng)軌跡和不同頻率簡諧運(yùn)動(dòng)軌跡對加工表面形貌的影響。

　　(2)進(jìn)行超聲波三維振動(dòng)輔助加工裝置的總體設(shè)計(jì)。一方面，首先闡述了定參數(shù)型振動(dòng)加工裝置的原理，并給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；然后對變幅桿進(jìn)行了振動(dòng)分析，分析了變幅桿結(jié)構(gòu)參數(shù)與振動(dòng)參數(shù)及放大倍數(shù)的關(guān)系、斜槽對變幅桿振動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，完成三維變幅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；最后給出了三維變幅桿的設(shè)計(jì)實(shí)例。另一方面，闡述了變參數(shù)型振動(dòng)加工裝置的原理，提出一種變參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，運(yùn)用電負(fù)載調(diào)頻法改變裝置的工作頻率，同時(shí)設(shè)計(jì)靜態(tài)匹配電路，在不同的工作頻率上，超聲波發(fā)生器和換能器在都能正常工作。

　　(3)開展超聲波三維振動(dòng)輔助加工裝置的仿真分析。首先用ABAQUS軟件對換能器進(jìn)行仿真分析，分析了換能器的模態(tài)特性、瞬態(tài)特性；然后用ABAQUS軟件對變幅桿進(jìn)行仿真分析，分析了變幅桿的模態(tài)特性、瞬態(tài)特性、振動(dòng)軌跡；最后用MATLAB軟件分析了裝置的振動(dòng)軌跡對加工表面形貌的影響。

　　(4)進(jìn)行超聲振動(dòng)裝置的性能測試。搭建超聲振動(dòng)裝置的實(shí)驗(yàn)測試平臺，用阻抗分析儀對所設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行性能測試，對理論諧振頻率(20kHz)和測量諧振頻率進(jìn)行對比、變幅桿的導(dǎo)納圓進(jìn)行特性分析，了解變幅桿的阻抗特性。