小型超聲波切割機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 手持式超聲振動(dòng)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作規(guī)定進(jìn)行日期：2011年 1 月 16 日起至 2011年 6 月 02 日止</p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行地點(diǎn)：

2、 </p><p><b>　　三、任務(wù)書的內(nèi)容：</b></p><p>　　1、課題研究的目的、意義</p><p>　　目前，硬脆材料在工業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)普遍，但這類材料堅(jiān)硬易碎，導(dǎo)致它們的孔加工是一大難題。本課題要求學(xué)生以普通手持式切割機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)添加一超聲振動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)

3、現(xiàn)超聲振動(dòng)切割加工，提高工件加工的質(zhì)量和效率。本課題可使學(xué)生了解超聲技術(shù)的應(yīng)用，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序、步驟和方法，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。 </p><p><b>　　2、課題研究任務(wù)</b></p><p>　?。?） 通過(guò)實(shí)地調(diào)研和查閱文

4、獻(xiàn)，了解超聲波加工原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。 </p><p>　?。?） 復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，確定鉆孔機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　（3） 明確超聲振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，確定設(shè)計(jì)方案。 </p>&

5、lt;p>　　（4） 選擇換能器和變幅桿，確定超聲振動(dòng)系統(tǒng)各參數(shù)。 </p><p>　　（5） 用PRO/E軟件繪制小型超聲鉆孔機(jī)的3D整體裝配圖。 </p><p>　?。?） 用PRO/E導(dǎo)出CAD裝配圖及部分零件圖，圖紙總量折合A0圖紙三張。

6、 </p><p>　?。?） 整理和編寫說(shuō)明書。 </p><p><b>　　3、工作程序</b></p><p>　　（1）資料收集；

7、 </p><p>　?。?）理論計(jì)算； </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

8、 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)建模、完成圖紙、計(jì)算說(shuō)明書。 </p><p><b>　　4、日程安排</b></p><p>　　1月20日——2月25日 實(shí)習(xí)、調(diào)研、收集資料、翻譯外文資料。

9、 </p><p>　　2月26日——3月15日 撰寫開(kāi)題報(bào)告、工作計(jì)劃并確定總體方案。 </p><p>　　3月16日——4月15日 進(jìn)行并完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算工作。 </p><p>　　4月16日——5月04日 繪制并完成總裝配圖。

10、 </p><p>　　5月05日——5月15日 繪制并完成全部零件圖。 </p><p>　　5月16日——5月31日 完成畢業(yè)論文撰寫并進(jìn)行修改和完善。 </p><p>　　6月0

11、1日——6月02日 整理修改圖紙，打印并提交論文和圖紙。編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯提綱，準(zhǔn)備答辯 </p><p><b>　　5、成果要求</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇（不少于一萬(wàn)字）；

12、 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙一套（折合A0圖紙三張）； </p><p>　　外文資料翻譯一份（不少于5000英文單詞）。 </p><p><b>

13、　　6、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 曹國(guó)鳳主編.超聲加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.8 </p><p>　　[2] 林書玉著.超聲換能器的原理和設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社 ，2

14、004 </p><p>　　[3] 蒲良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5

15、 </p><p>　　[4] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.機(jī)械傳動(dòng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 </p><p>　　[5]林清安著.Pro/ENGINEER 野火3.0基礎(chǔ)

16、零件設(shè)計(jì)（上、下）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[6]郭玲文主編.AutoCAD2006中文版基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.1

17、 </p><p>　　[7] NAKAGAWA, T., SUZUKI, K., UEMATSU, T. Proceedings of Winter Annual Meeting of ASME, Vol. 17 (1985-11), 1

18、 </p><p>　　[8] NAKAGAWA, T., SUZUKI, K., UEMATSU, T. Annals of CIRP Vol. 35/1 (1986-8), 205 </p><p>

19、　　[9] SUZUKI, K., UEMATSU, T, NAKAGAWA, T. Annals of CIRP Vol. 36/1 (1987-8), 115 </p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>

20、　　教研室主任簽名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　學(xué)生簽名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　小型超聲切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>

21、;　　[摘要] 在陶瓷的應(yīng)用中，超聲加工和普通機(jī)械加工相比有很多的優(yōu)勢(shì)。導(dǎo)體和絕緣體材料都可以被加工，同時(shí)加工復(fù)雜的三維立體外形可以像加工簡(jiǎn)單的外形一樣快速。再者，這種工藝不會(huì)在工件的表面產(chǎn)生熱變形和化學(xué)的反應(yīng)，同時(shí)作用在工件表面的淺的壓應(yīng)力能增加被加工部分的受力強(qiáng)度。</p><p>　　本論文利用超聲加工適合加工各種脆性材料且切削應(yīng)力、切削熱很小的有點(diǎn)，在傳統(tǒng)的切割機(jī)上嵌入一個(gè)超聲振動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行超聲振動(dòng)系統(tǒng)的

22、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合小型超聲切割機(jī)的傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)小型超聲切割機(jī)。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲加工的這個(gè)或者其他的優(yōu)勢(shì)，讓這種加工方法在將來(lái)玻璃和陶瓷工業(yè)應(yīng)用中持續(xù)增加歡迎度。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 超聲加工；超聲振動(dòng)系統(tǒng)；換能器；變幅桿；切割機(jī)</p><p>　　Design of the small ultrasonic cutting mach

23、ine’s structure</p><p>　　[Abstract] In ceramic applications, USM provides a number of advantages compared to conventional machining techniques. Both conductive and nonconductive materials can be machined, a

24、nd complex three-dimensional contours can be machined as quickly as simple shapes. Additionally, the process does not produce a heat-affected zone or cause any chemical/electrical alterations on the workpiece surface, an

25、d a shallow, compressive residual stress generated on the workpiece surface can increase the high-</p><p>　　The purpose of this subject is to the fragile issue of the tile , thin parts in the traditional cut

26、ting machine to cut . Using ultrasonic maching which suitable for processing a variety of brittle materials with small cutting stress and cutting heat , embedded in a conventional cutting machine ultrasonic vibration sys

27、tem, conduct a small part of ultrasonic cutting machine transmission structure design,make the structural design of the system.</p><p>　　With this and other advances in RUM, it is likely that this machining

28、method will continue to gain popularity for glass and ceramic applications in the near future. </p><p>　　[Keyword]:Ultrasonic Machining;Ultrasonic vibration system;Transducer;Horn;</p><p>　　Cutt

29、ing machine</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 引言--------------------------------------------------------------1</p><p>　　1.1 課題背景及選題意義---------------------------------------

30、-----1</p><p>　　1.2 目前國(guó)內(nèi)外超聲加工的發(fā)展情況----------------------------------2</p><p>　　1.3 超聲加工的優(yōu)點(diǎn)------------------------------------------------4</p><p>　　1.4 本課題的主要研究工作------------------

31、------------------------5</p><p>　　2 小型超聲切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案--------------------------------------6</p><p>　　2.1 小型超聲切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案的擬定----------------------------6</p><p>　　2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擬定--------

32、------------------------------------6</p><p>　　2.3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)方案的擬定----------------------------------------8</p><p>　　2.3.1 換能器的擬定----------------------------------------------8</p><p>　

33、　2.3.2 變幅桿的擬定---------------------------------------------10</p><p>　　2.4 總體方案的確定-----------------------------------------------10</p><p>　　3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-----------------------------------------

34、--11</p><p>　　3.1超聲振動(dòng)系統(tǒng)--------------------------------------------------11</p><p>　　3.2 換能器的設(shè)計(jì)-------------------------------------------------12</p><p>　　3.3 變幅桿的設(shè)計(jì)---------------

35、----------------------------------15</p><p>　　3.3.1 變幅桿材料的選擇-----------------------------------------16</p><p>　　3.3.2 四分之一波長(zhǎng)變幅桿的設(shè)計(jì)---------------------------------16</p><p>　　4 部分零

36、件的強(qiáng)度校核-----------------------------------------------20</p><p>　　4.1 鍵的校核-----------------------------------------------------20</p><p>　　4.2 軸的校核------------------------------------------------

37、-----20</p><p>　　5 小型超聲切割機(jī)的整體裝配-----------------------------------------22</p><p>　　5.1 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-------------------------------------------------22</p><p>　　5.2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)----------------

38、---------------------------------24</p><p>　　5.3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)---------------------------------------------27</p><p>　　5.4 小型超聲切割機(jī)的整體裝配-------------------------------------27</p><p>　　6

39、結(jié)束語(yǔ)-----------------------------------------------------------29</p><p>　　7 致謝-------------------------------------------------------------30</p><p>　　8 參考文獻(xiàn)-------------------------------------

40、--------------------31</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題背景及選題意義</p><p>　　小型切割機(jī)是日常生活乃至工程建設(shè)中非常便捷的切割加工工具，傳統(tǒng)的小型切割機(jī)在切割瓷磚，超薄零件時(shí)，由于瓷磚是脆性材料，當(dāng)傳統(tǒng)切割機(jī)在切割的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)瓷磚會(huì)碎掉，這樣一來(lái)會(huì)造成了成品率

41、不高，同時(shí)也造成了浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)大量的固體污染，特殊垃圾；對(duì)超薄零件而言，和脆性材料一樣，由于薄這個(gè)特殊原因，導(dǎo)致了加工的時(shí)候也容易碎掉，另外，超薄零件對(duì)于切削應(yīng)力，切削熱是非常敏感的，容易產(chǎn)生熱變形，特別是對(duì)于精度要求高的零件，考慮熱變形是重中之重，而如果在加上低剛度的條件的話，那么傳統(tǒng)切割機(jī)在加工的時(shí)候，成品率就更加低了，浪費(fèi)和造成的垃圾就更加嚴(yán)重了[8]。</p><p>　　現(xiàn)在這個(gè)高速發(fā)展的社會(huì)，和諧可

42、持續(xù)發(fā)展是一個(gè)重要的理念，低碳節(jié)能是去昂乃至世界現(xiàn)在提倡的一種理念，所以這樣的浪費(fèi)是不予提倡的，也會(huì)是未來(lái)需要改進(jìn)的方向。針對(duì)這一問(wèn)題，就必須要求有新型的切割工具來(lái)切割瓷磚，超薄零件，是在加工這些零件的時(shí)候，保證交給你的質(zhì)量和精度，提高成品率，減少浪費(fèi)和污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)約和低碳經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　在新型加工方面，前沿的超聲加工[2]引人注目，也令人可喜，試想如果將小型切割機(jī)和超聲加工結(jié)合在一起，利用超聲加工的

43、特點(diǎn)和切割機(jī)的切割特性，就能誕生新型的切割機(jī)，即小型超聲切割機(jī)。而這樣的切割機(jī)便能解決切割瓷磚易碎、切割超薄零件易碎易熱變形的問(wèn)題。同時(shí)超聲加工又是良好的環(huán)保的能源，這樣的環(huán)保的新型的工具在這方面的利用將是新的一個(gè)里程碑，也將促進(jìn)我國(guó)的超聲加工業(yè)的發(fā)展，為我國(guó)在新興工業(yè)增長(zhǎng)點(diǎn)奠定又一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　超聲振動(dòng)切削技術(shù)是把超聲波振動(dòng)的力有規(guī)律地加在刀具上使刀具周期性地切削和離開(kāi)工件的加工技術(shù), 是

44、結(jié)合超聲波技術(shù)和傳統(tǒng)切削工藝的一種新型切削技術(shù)。日本隈部淳一郎先生在20世紀(jì)60年代對(duì)超聲振動(dòng)切削技術(shù)完成了大量開(kāi)創(chuàng)性工作, 他的實(shí)驗(yàn)表明, 在刀具施加一定頻率和振幅的超聲波振動(dòng),可以改變傳統(tǒng)金屬切削的切削性質(zhì), 改善切削效果, 他把該技術(shù)稱之為振動(dòng)切削( vibration pulse cutting)。</p><p>　　到目前為止, 英、美、蘇、德、日、中等國(guó)家己對(duì)超聲振動(dòng)加工設(shè)備的研制以及工藝方法作了一

45、些研究，但是大規(guī)模的將超聲振動(dòng)技術(shù)投入到實(shí)際加工中還存在這不少需要攻克的技術(shù)難題：</p><p><b>　　切削效率的問(wèn)題</b></p><p>　　超聲波發(fā)生系統(tǒng)的問(wèn)題</p><p><b>　　超聲切削刀具裝置</b></p><p>　　本課題要求學(xué)生以普通手持式切割機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)

46、添加一超聲振動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)切割加工，提高工件加工的質(zhì)量和效率，體積不大，成本不高，符合市場(chǎng)需求，同時(shí)力求新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠讓工人操作起來(lái)方便，安全。 </p><p>　　1.2 目前國(guó)內(nèi)外超聲加工的發(fā)展情況</p><p>　　超聲加工是利用超聲振動(dòng)的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊，拋磨，液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料，或給工具或工件沿著一定方向施加超聲

47、頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工，或者利用超生振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲加工系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器，換能器，變幅桿，振動(dòng)傳遞系統(tǒng)，工具，工藝裝置等構(gòu)成。超聲波發(fā)生器的作用是將220V或者380V的交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻電振蕩信號(hào)；換能器[13]的作用是將超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動(dòng)；變幅桿的作用是將換能器的振動(dòng)振幅放大；超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，使工具以一定的能量和工件作用，進(jìn)行加工。</p><p>　

48、　超聲加工技術(shù)是超聲學(xué)的一個(gè)重要分支。超聲加工技術(shù)是伴隨著超聲學(xué)的發(fā)展而逐漸發(fā)展的。</p><p>　　早在1830年，為探討人耳究竟能聽(tīng)到多高的頻率，F(xiàn).Savrt曾用一多齒的齒輪，第一次人工產(chǎn)生了2.4萬(wàn)赫茲的超聲波，1876年加爾頓的氣哨實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的超聲波的頻率達(dá)到了3萬(wàn)赫茲，后改用氫氣時(shí)，其頻率達(dá)到了8萬(wàn)赫茲。這些實(shí)驗(yàn)使人們開(kāi)始對(duì)超聲波的性質(zhì)有了一定的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　對(duì)

49、超聲學(xué)的誕生起重大推進(jìn)作用的是1912年豪華客輪泰坦尼克號(hào)在首航中碰撞冰山后沉沒(méi)，這個(gè)當(dāng)時(shí)震驚世界的悲劇促使科學(xué)家提出用聲學(xué)方法來(lái)探測(cè)冰山。這些活動(dòng)啟發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)期間偵查德國(guó)潛艇的緊張研究</p><p>　　1927年，美國(guó)物理學(xué)家伍德（R.W.Wood）和盧米斯（A.E.Loomis）最早做了超聲加工試驗(yàn)，利用強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔，但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用在工業(yè)上。1951年，美國(guó)的科恩制成了

50、第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)，并引起廣泛關(guān)注，為超聲加工技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　日本是較早研究超聲加工技術(shù)的國(guó)家，20世紀(jì)50年代，日本已經(jīng)設(shè)立專門的振動(dòng)切削研究所，許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也都設(shè)有這個(gè)研究課題。日本研究超聲加工的主要代表人物有兩位：一位是中央大學(xué)的島川教授，《超聲波工學(xué)——理論和實(shí)際》是他的代表作;另一位是宇都宮大學(xué)的隈部淳一郎教授，《精密加工、振動(dòng)切削基礎(chǔ)和應(yīng)用》是他的代表作。日本研究

51、人員不但把超聲加工用在普通設(shè)備上，而且在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床中也引入了超聲振動(dòng)系統(tǒng)。1977年日本將超聲振動(dòng)切削與磨削用于生產(chǎn)，可對(duì)直徑為600毫米大型船用柴油機(jī)缸套進(jìn)行鏜孔。</p><p>　　原蘇聯(lián)的超聲加工研究也比較早，20世紀(jì)50年代末60年代初已經(jīng)發(fā)表過(guò)很有價(jià)值的論文。在超聲車削、鉆孔、磨削、光整加工、復(fù)合加工等方面均有生產(chǎn)應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。為了推動(dòng)超聲加工的應(yīng)用，1973年原蘇聯(lián)召開(kāi)了一次

52、全國(guó)性的討論會(huì)，充分肯定了超聲加工的經(jīng)濟(jì)效果和實(shí)用價(jià)值，對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)在全國(guó)的推廣應(yīng)用起到了積極的作用。到80年代末期，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)已經(jīng)生產(chǎn)系列超聲振動(dòng)鉆削裝置。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)在超聲鉆中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面已處于生產(chǎn)應(yīng)用階段，超聲車削、鉆孔、鏜孔已處于試驗(yàn)性生產(chǎn)設(shè)備原型階段。1979年通用超聲振動(dòng)切削系統(tǒng)已經(jīng)供應(yīng)工業(yè)界應(yīng)用。</p><p>　

53、　德國(guó)和英國(guó)也對(duì)超聲加工的機(jī)理和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了額大量的研究，并發(fā)表了許多有價(jià)值的論文，在生產(chǎn)中也得到了積極的應(yīng)用。例如，英國(guó)于1964年提出使用燒結(jié)或者電鍍金剛石工具的超聲旋轉(zhuǎn)加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時(shí)加工速度低和精度差的缺點(diǎn)，取得了較好的效果。</p><p>　　我國(guó)超聲加工技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代末，60年代末開(kāi)始了超聲振動(dòng)車削的研究，1973年上海超聲波電子儀器廠研制成功ＣＮＭ－２型超聲研

54、磨機(jī)。1982年上海鋼管廠、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所及上海超聲波電子儀器廠研制成功超聲拉管設(shè)備，為我國(guó)超聲加工在金屬塑性加工填不了空白。1983年10月，我國(guó)第一次“振動(dòng)切削專題研討會(huì)”召開(kāi)，促進(jìn)了超聲加工技術(shù)在我國(guó)的深入研究和推廣。1985年，廣西大學(xué)，南京電影機(jī)械廠和南京刃具廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一套“QZC-250A型”超聲振動(dòng)切削系統(tǒng)。同年，機(jī)械電子工業(yè)部第11研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)，在玻璃、陶瓷等脆性材料的鉆孔、端銑、螺紋加工等

55、取得了良好的工藝效果。1987年，北京電加工研究所在國(guó)際首次提出超聲加工等取得了良好的工藝效果。1987年，北京電加工研究所在國(guó)際首次提出了超聲頻調(diào)制電火花與超聲波復(fù)合的研磨、拋光加工技術(shù)，并成功應(yīng)用于聚晶金剛石拉絲模的研磨和拋光。1989年，我國(guó)研制成功超聲研磨裝置。1991年研制成功變截面細(xì)長(zhǎng)桿超聲車削系統(tǒng)裝置。20世紀(jì)末到本世紀(jì)初，我國(guó)的超聲加工技術(shù)發(fā)展迅猛，在超聲振動(dòng)系統(tǒng)、深小孔加工、拉絲模及型腔模研磨拋光、超</p>

56、;<p>　　1.3 超聲加工的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　與傳統(tǒng)加工相比，超聲加工[2]有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　適合加工各種硬脆材料，不受材料是否導(dǎo)電的限制。既可加工玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨、金剛石、大理石等不導(dǎo)電的非金屬材料，又可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鐵合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料。</p><p>　　由于去除工件材

57、料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也很低，可達(dá)Ra0.63~0.08um,尺寸精度可達(dá)0.03mm，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。</p><p>　　工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一般的，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修也比較方便。</p&g

58、t;<p>　　可以與其他多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲電火花加工和超聲電解加工等。</p><p>　　利用超聲焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)同種或異種材料的焊接，不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒(méi)有殘余應(yīng)力，對(duì)焊件表面的焊接處理要求不高。</p><p>　　1.4 本課題的主要研究工作</p><p>　　針對(duì)瓷磚、超薄零件在傳統(tǒng)切割機(jī)切割易碎現(xiàn)象，本論文利

59、用超聲加工適合加工各種脆性材料且切削應(yīng)力、切削熱很小的優(yōu)點(diǎn)，在傳統(tǒng)切割機(jī)上嵌入一個(gè)超聲震動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行超聲震動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合小型超聲切割機(jī)的傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)小型超聲切割機(jī)。使用小型超聲切割機(jī)，切割瓷磚、超薄零件更加平穩(wěn)，成品率更高。</p><p>　　本課題要求學(xué)生以普通手持式切割機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)添加一超聲振動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)切割加工，提高工件加工的質(zhì)量和效率。</p><p

60、>　　2 小型超聲切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 小型超聲切割機(jī)整體設(shè)計(jì)方案的擬定</p><p>　　小型超聲切割機(jī)是在傳統(tǒng)切割機(jī)的基礎(chǔ)上，利用超聲加工適合加工各種脆性材料、切削應(yīng)力和切削熱更小的特點(diǎn)，嵌入一個(gè)超聲振動(dòng)系統(tǒng)，使之實(shí)現(xiàn)超聲加工，加工脆性材料、超薄零件。這設(shè)計(jì)包括基本傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和超聲振動(dòng)系統(tǒng)兩部分，以這樣的組合方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p>

61、;<p>　　2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擬定</p><p>　　方案一：沒(méi)有任何傳動(dòng)，采用電機(jī)直接輸出動(dòng)力，整個(gè)系統(tǒng)就一根軸，動(dòng)力直接輸出提供到鋸片，實(shí)現(xiàn)切割。如圖2-1所示。</p><p><b>　　圖2-1 電機(jī)軸</b></p><p>　　方案二：電機(jī)軸輸出動(dòng)力經(jīng)過(guò)一對(duì)直齒輪或者斜齒輪傳動(dòng)，進(jìn)行降速升扭作用，然后通過(guò)輸出

62、軸將動(dòng)力提供給鋸片，實(shí)現(xiàn)切割。如圖2-2、2-3所示。</p><p>　　圖2-2 直齒輪傳動(dòng)</p><p>　　圖2-3 斜齒輪傳動(dòng)</p><p>　　方案三：電機(jī)軸輸出動(dòng)力經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力，然后通過(guò)輸出軸輸出動(dòng)力給鋸片實(shí)現(xiàn)切割。如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 剛性聯(lián)軸器</p><p>&l

63、t;b>　　方案的分析：</b></p><p>　　方案一：結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，符合傳動(dòng)鏈盡量短的原則，但是沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何傳動(dòng)副，這樣會(huì)導(dǎo)致超聲系統(tǒng)裝置無(wú)法安裝到切割機(jī)上面，所以不合理，不予采納。</p><p>　　方案二：經(jīng)過(guò)了直齒輪或者斜齒輪傳動(dòng)，得到了一定的降速升扭的作用，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，但是由于小型超聲切割機(jī)是采用嵌入超聲振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲加工，而對(duì)于超聲振動(dòng)來(lái)說(shuō)，超聲

64、振動(dòng)只能振動(dòng)小件的，輕的刀具，所以這對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分有一定的要求，也就是說(shuō)要使切割機(jī)的外形盡可能的小型化，而對(duì)于直齒輪或者斜齒輪傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，切割機(jī)的鋸片是裝在電機(jī)軸的同個(gè)軸向位置，而在這個(gè)位置上，殼體的徑向尺寸至少等于兩傳動(dòng)齒輪的直徑和再加上兩倍的殼厚，這樣會(huì)導(dǎo)致切割機(jī)的尺寸很大，不適于小型化，所以不合理，不予采納。</p><p>　　方案三：電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器，再連接到輸出軸，最后到刀片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合

65、傳動(dòng)鏈盡量短的原則，又可以很好的把超聲振動(dòng)系統(tǒng)安裝到切割機(jī)上面，實(shí)現(xiàn)超聲切割。</p><p>　　綜上，選擇方案三作為傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)方案的擬定</p><p>　　超聲振動(dòng)系統(tǒng)大體分為兩個(gè)部分：換能器和變幅桿。所以要確定超聲振動(dòng)系統(tǒng)，就是要確定換能器和變幅桿。</p><p>　　2.3.1

66、換能器的擬定</p><p>　　換能器[9]可分為壓電換能器（如圖2-5）和磁致伸縮換能器（如圖2-6）兩大類。</p><p>　　圖2-5 壓電換能器</p><p>　　圖2-6 磁致伸縮換能器</p><p>　　其中對(duì)于壓電換能器，壓電換能器的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)尺寸小，瞬時(shí)輸出功率達(dá)35-40瓦每平方厘米，但連續(xù)振動(dòng)時(shí)只能達(dá)到它的1

67、/5左右，即7-8瓦每平方厘米（無(wú)冷卻散熱條件）；（2）電聲轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%；（3）抗拉強(qiáng)度低，設(shè)計(jì)、裝配和工作時(shí)易損壞；（4）超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整的精度要求較高；（5）頻率范圍窄；（6）價(jià)格便宜；（7）冷卻方式簡(jiǎn)單；（8）換能器與變幅桿一般采用螺紋連接。換能器與變幅桿之間的結(jié)合面以及其他結(jié)合面的加工質(zhì)量、連接螺紋的加工質(zhì)量對(duì)振動(dòng)參數(shù)都有影響。</p><p>　　而對(duì)于磁致伸縮換能器，磁致伸縮換能器

68、的特點(diǎn)：（1）在工作條件變化很大的情況下使用時(shí)，切削力的變化以及振動(dòng)系統(tǒng)自身的一些變化對(duì)工件振動(dòng)形態(tài)的影響??；（2）機(jī)械強(qiáng)度高，振動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠，換能器的壽命長(zhǎng)；（3）頻率范圍寬，因而工具在磨損范圍較大的情況下仍能找到諧振頻率點(diǎn)；（4）每單位面積的輸出功率可達(dá)30-40瓦每平方厘米；（5）換能效率低，一般為30%-40%;(6)鎳片價(jià)格昂貴；（7）鎳片換能器與變幅桿之間一般采用釬焊連接；（8）一般采用循環(huán)水冷卻方式，因而需附加冷卻水

69、冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　從以上特點(diǎn)可以看出，兩種換能器各有利弊。因此在選擇換能器的種類時(shí)，要根據(jù)加工的具體條件加以分析。雖然磁致伸縮換能器頻率范圍寬，工具在磨損范圍較大的情況下仍能找到諧振頻率點(diǎn)，然而其換能效率低，損耗的能量轉(zhuǎn)化成熱量，因此需要冷卻系統(tǒng)，這樣一來(lái)會(huì)使輸出端結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而壓電換能器正好能克服上述缺點(diǎn)，它的體積小，機(jī)械諧振頻率低，輸出振幅大，阻抗易于控制和匹配，效率高，不需要冷卻設(shè)備，為旋轉(zhuǎn)加工

70、提供方便。因此，本設(shè)計(jì)采用壓電換能器。</p><p>　　2.3.2 變幅桿的擬定</p><p>　　對(duì)于變幅桿[15]的擬定，如表2-1不同類型變幅桿優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，不同形狀的變幅桿都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在此選擇圓錐形。</p><p>　　表2-1 不同類型變幅桿優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比</p><p>　　2.4 總體方案的確定</p>&

71、lt;p>　　綜上，傳動(dòng)部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選用聯(lián)軸器傳動(dòng)，然后輸出端再連接由壓電換能器和圓錐行變幅桿組成的超聲振動(dòng)系統(tǒng)，這樣組成小型超聲切割機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。</p><p>　　3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 超聲振動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　超聲波聲學(xué)系統(tǒng)也稱為聲學(xué)部件或超聲振動(dòng)系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)超聲加工必不可少的部分。超聲振動(dòng)系統(tǒng)由換能器和變幅桿

72、組成，裝在變幅桿端部的工具作為變幅桿的負(fù)載，也作為超聲振動(dòng)系統(tǒng)的一部分。圖3-1所示為超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　鎖緊螺栓2.墊圈3.后蓋板4.電極片5.壓電陶瓷片6.前蓋板和變幅桿</p><p>　　圖3-1 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2 換能器的設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲換能器[9]是超聲振動(dòng)系統(tǒng)的核心部件

73、。超聲加工處理設(shè)備利用超聲換能器的作用將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)的機(jī)械能，并通過(guò)變幅桿進(jìn)行振幅放大和聚能后再傳輸?shù)焦ぞ哳^，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲加工處理。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的縱向夾心式壓電換能器，這種換能器能沿著縱向產(chǎn)生較大的振幅且輸出功率較大。它的基本結(jié)構(gòu)是壓電陶瓷片、電極片、連接螺桿、前后蓋板以及絕緣管組成。由于此基本結(jié)構(gòu)尺寸比較大，本設(shè)計(jì)采用的是四分之一波長(zhǎng)縱向夾心壓電換能器，

74、如圖3-1所示?？梢越频刂豢紤]軸向應(yīng)力和應(yīng)變間的關(guān)系。</p><p><b>　　由胡克定律：</b></p><p><b>　　式中 —應(yīng)力；</b></p><p><b>　　—彈性力；</b></p><p>　　—任意位置處的截面積；</p>&l

75、t;p><b>　　—楊氏彈性模量；</b></p><p><b>　　—應(yīng)變；</b></p><p>　　則節(jié)圓的一元段應(yīng)用牛頓第二定律：</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　式中—材料的密度；</b><

76、/p><p><b>　　ｃ—材料的聲速；</b></p><p>　　得變截面桿縱振振動(dòng)的波動(dòng)方程：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中ｋ—波數(shù)，ｋ＝；</p><p><b>　　—角頻率；</b></p>

77、;<p>　　對(duì)換能器振子，振子各節(jié)面是均勻等節(jié)面，即＝常數(shù)，波動(dòng)方程為：</p><p>　　由于振速，振子各部分振速方程為：</p><p><b>　　通解：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b&g

78、t;</p><p>　　式中—振子各部分的特性聲阻抗　??； n=1,2,3</p><p><b>　　—振子位移；</b></p><p><b>　　—振子各部分長(zhǎng)度；</b></p><p>　　—振子各部分的速度；</p><p>　　考慮到圖3-1中換能器振子部

79、分（即節(jié)面左側(cè)部分）在諧振頻率處，在他們的結(jié)合面上，前部分輸出阻抗等于后部分的輸入阻抗，即邊界條件為： </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>

80、;<b>　?。?-7）</b></p><p>　?。?-8） （3-9）</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中—振子尾端振速；</p

81、><p><b>　　—振子各部分長(zhǎng)度；</b></p><p>　　代邊界條件（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）（3-9）代入（3-2）（3-3） </p><p><b>　　可分別得：</b></p><p><b>　　=-</b></p>&

82、lt;p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0</b></p><p><b>　　=</b></p><p

83、>　　將式（3-10）代入式（3-3）的換能器的振動(dòng)頻率方程：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　為了提高振動(dòng)系統(tǒng)的振速比，后蓋板選取特性聲阻大的軟鋼，前蓋板與變幅桿做成一體，選取特阻抗小的鈦合金或者硬鋁，具體情況要根據(jù)變幅桿的材料選取。</p><p>　　壓電陶瓷片取PZT-8，外徑46毫米，內(nèi)徑1

84、0毫米，厚7毫米，共1片。</p><p>　　3.3 變幅桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲變幅桿[15]，又稱超聲聚能器，其外形通常為變截面桿，是超聲加工處理中超聲振動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分之一。超聲波加工過(guò)程中，工具前端只有達(dá)到一定的振幅才能提高加工效率，振幅的增大可以有兩種方式獲得：一種是加大輸入電功率，在壓電材料的工作范圍內(nèi)，提高換能器的激勵(lì)電壓，從而增大工具頭的振幅，這種方法不能改

85、變換能器前后的振速比，效率低，此外持續(xù)的工作會(huì)引起換能器的發(fā)熱，是換能器的工作效率及功率容量嚴(yán)重下降：另一種是在換能器與工具頭之間增加變幅桿又稱為超聲聚能器，它主要作用是放大機(jī)械振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移和振動(dòng)速度，或?qū)⒊暷芰烤奂谳^小的面積上，此外，變幅桿還可以作為機(jī)械阻抗黃能起，在超聲換能器與聲負(fù)載之間進(jìn)行阻抗匹配，使能量有效的傳輸。</p><p>　　3.3.1 變幅桿材料的選擇</p><

86、p>　　眾所周之，超聲波加工中變幅桿是必不可少的零部件，起著至關(guān)重要的作用因此它對(duì)材料有較高的要求，具體要求如下：</p><p>　　在工作頻率范圍內(nèi)材料的損耗小；</p><p>　　材料的疲勞強(qiáng)度高，而聲阻抗小，以獲得較大的振動(dòng)速度和位移振幅；</p><p><b>　　易于機(jī)械加工；</b></p><p&g

87、t;　　做液體處理應(yīng)用時(shí)，還要求變幅桿的輻射面所用的材料耐腐蝕；</p><p>　　變幅桿材料應(yīng)鍛造，纖維伸長(zhǎng)方向應(yīng)與聲傳輸線一致，以提高變幅桿的抗疲勞性能及聲學(xué)性能。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，欽合金的性能最好，但價(jià)格昂貴，且機(jī)械加工較困難；鋁合金價(jià)格便宜，易于機(jī)械加工，但抗超聲空化腐蝕性能很差；鋼價(jià)格便宜，較易加工，但損耗較大；黃銅損耗很大；45號(hào)鋼性能好，價(jià)格便宜，又容易加工，

88、所以一般情況下采用45號(hào)鋼。</p><p>　　變幅桿材料應(yīng)進(jìn)行探傷檢查，以測(cè)試材料內(nèi)有無(wú)裂紋和缺陷，否則聲能就不能沿著聲傳輸線傳遞，而且材料易斷裂和引起令人討厭的噪聲。因此，有裂紋和缺陷的材料必須報(bào)廢。</p><p>　　3.3.2 四分之一波長(zhǎng)變幅桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到尺寸結(jié)構(gòu)緊湊問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用四分之一波長(zhǎng)變幅桿。超聲變幅桿的作用是把機(jī)械振動(dòng)

89、的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大，將超聲能量集中在較小的面積上，變幅桿之所以能擴(kuò)大振速或者位移振幅，正是由于通過(guò)它的每一界面的振動(dòng)能量不變（忽略傳播中的損耗），截面積小的地方密度大，而能量密度J正比于振幅A的平方</p><p><b>　　式中 —系數(shù)，；</b></p><p><b>　　—能量密度；</b></p><p>&

90、lt;b>　　—振幅；</b></p><p>　　由上式可知，截面積越小，能量密度越大，振動(dòng)幅度越大。</p><p>　　從減輕機(jī)械加工難度以及減小疲勞破換兩點(diǎn)出發(fā)，本文采用復(fù)合圓錐變幅桿。</p><p>　　圓錐部分任意位置的截面的截面積表達(dá)式為</p><p><b>　　（3-12）</b>

91、</p><p><b>　　式中 ——系數(shù)，；</b></p><p>　　—圓錐變幅桿的大端面半徑；</p><p>　　—圓錐變幅桿的大端面半徑；</p><p>　　—變幅桿圓錐部分長(zhǎng)度；</p><p>　　—變幅桿輸入端面積；</p><p>　　—變幅桿輸出端

92、面積；</p><p>　　將式（3-12）代入式（3-1），得：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　基于諧振頻率處結(jié)合面阻抗匹配的原理，得節(jié)圓右側(cè)部分的邊界條件為：</p><p><

93、;b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　（3-16）</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　?。?-19）</b><

94、/p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　式中 —工具段部振速；</p><p>　　—工具端部輸入阻抗；</p>&

95、lt;p>　　因?yàn)榧庸ぶ泄ぞ叨瞬枯斎胱杩共淮_定，故假設(shè)。</p><p>　　將式（3-15）（3-16）（3-17）（3-18）（3-21）（3-22）代入式（3-2）（3-3）（3-13）（3-14）得：</p><p>　　將式（3-12）代入（2-3）（2-14）得復(fù)合圓錐前后諧振比：</p><p><b>　　式中 </b>

96、;</p><p>　　將式（3-19）代入（3-3）（3-14）的頻率方程</p><p><b>　　（3-21）</b></p><p>　　取設(shè)計(jì)頻率，則振動(dòng)系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：</p><p>　　圖 3-2 超聲振動(dòng)系統(tǒng)各部分的尺寸</p><p>　　4 部分零件的強(qiáng)度校核

97、</p><p><b>　　4.1 鍵的校核</b></p><p>　　在小型超聲切割機(jī)工作過(guò)程中，半圓鍵受到最大的扭矩為0.5Nm，許用應(yīng)力</p><p><b>　　其所受剪應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><

98、;p><b>　　4.2 軸的校核</b></p><p>　　進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算[3]時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體的受載情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力，忽略對(duì)軸的剛度及其振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行校核。</p><p>　　軸的最小軸為12mm,軸的強(qiáng)度校驗(yàn)公式為：</p><p><b>　　式中：</b></p&

99、gt;<p><b>　　，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；</b></p><p>　　，軸所受的扭矩Nm；；</p><p>　　，軸的抗扭截面系數(shù)，</p><p><b>　　，軸的轉(zhuǎn)速，；</b></p><p><b>　　，軸傳遞的功率，；</b></p>

100、<p>　　，計(jì)算截面處軸的直徑，</p><p><b>　　，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得 </b></p><p>　　選用軸的材料為45，45的許用應(yīng)力為15-25MPa,因此軸的最大應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5 小型超聲切割機(jī)

101、的整機(jī)裝配</p><p>　　小型超聲切割機(jī)的整體裝配[5]包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及超聲振動(dòng)系統(tǒng)這三個(gè)部分，大部分連接采用六角螺栓連接，使得結(jié)構(gòu)更加牢靠、緊湊，殼體與殼體之間的配合部分都有引導(dǎo)的卡位定位，使得安裝更加方便，同時(shí)保證精度，同時(shí)整個(gè)裝置也留有空間用以線路布置，以使得整機(jī)達(dá)到可行。</p><p>　　5.1 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　小型切割

102、機(jī)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由電機(jī)軸（轉(zhuǎn)子，如圖5-1）、定子（如圖5-2）、電機(jī)殼（如圖5-3）、螺釘、軸承（如圖5-4）散熱片（如圖5-5）組成，其結(jié)構(gòu)圖，如圖5-6所示，動(dòng)力系統(tǒng)的裝配過(guò)程是先用螺釘將定子裝在電機(jī)殼，把軸承裝進(jìn)電機(jī)軸上，再將這兩個(gè)整體配合起來(lái)，最后裝上散熱片，完成組裝。</p><p><b>　　圖 5-1 電機(jī)軸</b></p><p><b>

103、;　　圖 5-2 定子</b></p><p><b>　　圖 5-3 電機(jī)殼</b></p><p>　　圖5-4 深溝球軸承</p><p><b>　　圖5-5 散熱片</b></p><p>　　1．散熱片2.螺釘3.電機(jī)軸4.電機(jī)殼5.軸承</p><p&g

104、t;　　圖 5-6 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　小型超聲切割機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由碳刷殼（如圖5-7）、聯(lián)軸器（如圖5-8）、圓柱滾子軸承（如圖5-9）、輸出軸（如圖5-10）、定位彈簧片（如圖5-11），其結(jié)構(gòu)圖，如圖5-13所示，該結(jié)構(gòu)是由一對(duì)聯(lián)軸器連接，再輔以定位和配合而完成的。</p><p><b>

105、　　圖5-7 碳刷殼</b></p><p><b>　　圖 5-8 聯(lián)軸器</b></p><p>　　圖 5-9 圓柱滾子軸承</p><p>　　圖 5-10 輸出軸</p><p>　　圖 5-11 彈簧定位片</p><p>　　碳刷殼2.圓柱滾子軸承3.彈簧定位片4.聯(lián)軸器

106、5.輸出軸</p><p>　　圖 5-12 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　超聲振動(dòng)系統(tǒng)是小型超聲切割機(jī)的核心部分，它由后蓋板、電極片、壓電陶瓷片、螺桿、前蓋板、變幅桿和墊圈組成，如圖5-13所示</p><p>　　1.鎖緊螺栓2.墊圈3.后蓋板4.電極片5.壓電陶瓷片6.前蓋板和變幅桿&

107、lt;/p><p>　　圖5-13 超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.4 小型超聲切割機(jī)的整機(jī)裝配</p><p>　　由上可知，小型超聲切割機(jī)由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)三大部分組成，它是由這三個(gè)部分通過(guò)螺栓和各零件的精確卡位組裝而成的，其PRO-E 3D整機(jī)外觀，如圖5-14所示，其CAD完整裝配圖，如圖5-15所示。</p><p

108、>　　圖 5-14 小型超聲切割機(jī)的PRO-E 3D整機(jī)外觀圖</p><p>　　1.鎖緊螺母2.鋸片3.前蓋板和變幅桿4.螺釘5.壓電陶瓷片6.后蓋板7.螺釘8.圓柱滾子軸承9.螺栓10.聯(lián)軸器11.聯(lián)軸器12.螺母13.散熱片14.電機(jī)定子15.電機(jī)軸16.軸承17.螺釘18.電機(jī)前端蓋19.軸承20.鍵21.鍵22.擋銷彈簧片23.碳刷殼24.輸出軸25.法蘭盤26.開(kāi)口墊片27.螺釘28.碳刷銅環(huán)

109、</p><p>　　圖 5-15 小型切割機(jī)的整機(jī)裝配圖</p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　超聲加工是新型的加工技術(shù)，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。目前，硬脆材料在工業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)普遍，但這類材料堅(jiān)硬易碎，導(dǎo)致它們的孔加工是一大難題。小型切割機(jī)是日常生活乃至工程建設(shè)中非常便捷的切割加工工具，傳統(tǒng)的小型切割機(jī)在切割瓷磚，超

110、薄零件時(shí)，由于瓷磚是脆性材料，當(dāng)傳統(tǒng)切割機(jī)在切割的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)瓷磚會(huì)碎掉，這樣一來(lái)會(huì)造成了成品率不高，同時(shí)也造成了浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)大量的固體污染，特殊垃圾；對(duì)超薄零件而言，和脆性材料一樣，由于薄這個(gè)特殊原因，導(dǎo)致了加工的時(shí)候也容易碎掉，另外，超薄零件對(duì)于切削應(yīng)力，切削熱是非常敏感的，容易產(chǎn)生熱變形，特別是對(duì)于精度要求高的零件，考慮熱變形是重中之重，而如果在加上低剛度的條件的話，那么傳統(tǒng)切割機(jī)在加工的時(shí)候，成品率就更加低了，浪費(fèi)和造成的垃

111、圾就更加嚴(yán)重了。本文針對(duì)這一現(xiàn)象，進(jìn)行小型超聲切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到一下結(jié)論：</p><p>　　小型超聲切割機(jī)的設(shè)計(jì)首先必須考慮切割機(jī)的尺寸，盡量要讓它小型化。</p><p>　　小型超聲切割機(jī)小型化的關(guān)鍵在傳動(dòng)系統(tǒng)和超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用聯(lián)軸器傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合傳動(dòng)鏈盡量短的原則，又可以很好的把超聲振動(dòng)系統(tǒng)安裝到切割機(jī)上面，實(shí)現(xiàn)超聲切割，采用四分之一波長(zhǎng)壓電式換能器和四分之一波

112、長(zhǎng)變幅桿組成的超聲振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)小型超聲切割機(jī)的小型化有重大的意義。</p><p>　　部分可以可以采用塑料，可以降低成本，減輕重量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　必要時(shí)采用非標(biāo)零件，可以減少尺寸，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，更加小型化。</p><p><b>　　7 致謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)

113、知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。</p><p>　　在此，感謝曾老師的細(xì)心指導(dǎo)，在曾老師的悉心指導(dǎo)下讓我懂得了不少的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，要學(xué)會(huì)去尋找資料，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題等，讓我受益匪淺，。在此論文完

114、成之際，向他表示由衷的感謝，同時(shí)也感謝所有教育過(guò)我的專業(yè)老師。</p><p><b>　　8 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]隈部淳一郎.精密加工振動(dòng)切削基礎(chǔ)與應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社,1985.</p><p>　　[2]曹鳳國(guó).超聲加工技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[3]濮良貴.紀(jì)名