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超聲波三維振動(dòng)平臺(tái)

隨著我國(guó)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展,機(jī)械零件的精度越來(lái)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(shì)。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(duì)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(wèn)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(duì)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(duì)超聲振動(dòng)輔助加工做更深入研究的需求,對(duì)三維振動(dòng)加工的原理進(jìn)行探究,分析振動(dòng)軌跡對(duì)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(duì)裝置的加工效果進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)分析三維振動(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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和不同頻率簡(jiǎn)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)軌跡和不同頻率簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)加工表面形貌的影響。(2)進(jìn)行三維振動(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(duì)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(duì)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(kāi)展三維振動(dòng)輔助加工裝置的仿真分析。首先用ABAQUS軟件對(duì)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(duì)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(duì)加工表面形貌的影響。(4)進(jìn)行超聲振動(dòng)裝置的性能測(cè)試。搭建超聲振動(dòng)裝置的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),用阻抗分析儀對(duì)所設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行性能測(cè)試,對(duì)理論諧振頻率(20kHz)和測(cè)量諧振頻率進(jìn)行對(duì)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。

超聲波三維振動(dòng)平臺(tái)