超聲波變幅桿優(yōu)化設(shè)計(jì)及加工機(jī)理試驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波加工是加工玻璃、工程陶瓷、石英、翡翠等硬脆材料的有效方法。旋轉(zhuǎn)式超聲波加工是在傳統(tǒng)超聲波加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種加工方法，它是在工具頭上電鍍(或燒結(jié))立方氮化硼(或金剛石)磨料，并在工具作超聲振動(dòng)的同時(shí)附加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就把立方氮化硼(或金剛石)工具的優(yōu)良切削性能和工具的超聲振動(dòng)結(jié)合在一起。因此，旋轉(zhuǎn)式超聲波加工比傳統(tǒng)超聲波加工具有更高的加工效率和更好的表面質(zhì)量，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。
　　 超聲波加工裝置主要由超聲波發(fā)生

2、器、換能器和變幅桿組成，其中變幅桿起著放大振幅的重要作用。但是傳統(tǒng)型變幅桿應(yīng)用范圍受到較多限制，如階梯型變幅桿放大系數(shù)較大，但是形狀因數(shù)較小(一般都小于1)而圓錐形變幅桿形狀因數(shù)較大，放大系數(shù)卻較小，這些都限制了加工效率的提高。而且變幅桿的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法求解繁瑣，適應(yīng)性差。因此需要尋找一種新的設(shè)計(jì)方法，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)性能優(yōu)良變幅桿的要求。
　　 本文以提高超聲波加工效率和質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，利用大型有限元軟件ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)出了具有較大振幅

3、比與形狀因數(shù)的新型超聲變幅桿。在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工在理論與實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了分析研究，主要研究?jī)?nèi)容有：
　　 1.在研究超聲波加工機(jī)理的過(guò)程中，分別概括了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工材料的去除機(jī)理的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了兩種超聲波加工系統(tǒng)的組成及設(shè)備的工作原理。
　　 2. 利用大型通用有限元分析軟件ANSYS，以三次樣條曲線(xiàn)作為變幅桿軸截面的母線(xiàn)形狀，采用二維軸對(duì)稱(chēng)建模代替三維實(shí)體建模的方式，

4、在有限元?jiǎng)恿W(xué)分析的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)出了一種在滿(mǎn)足材料許用工作應(yīng)力條件下，既有較好的形狀因數(shù)又有較大放大系數(shù)的新型變幅桿，并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證、修正與檢測(cè)。
　　 3. 根據(jù)工程陶瓷材料的壓痕實(shí)驗(yàn)對(duì)超聲波加工過(guò)程中沖擊力及裂紋的形成進(jìn)行了分析，分別建立了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工硬脆材料的材料去除率模型，找出了兩中加工方式中影響材料去除率的主要因素。
　　 4. 利用設(shè)計(jì)出的新型變幅桿在超聲波加工裝置上分別