數(shù)控超聲機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　數(shù)控超聲機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p>&

2、lt;p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文對(duì)超聲

3、技術(shù)的來(lái)源、發(fā)展?fàn)顩r及最新研究成果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，主要是對(duì)數(shù)控超聲機(jī)床的工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。分別對(duì)X、Y、Z三個(gè)方向進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。X方向的進(jìn)給系統(tǒng)是用滾珠絲杠連接伺服電機(jī)，通過(guò)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠螺母連接著的工作臺(tái)移動(dòng)，主要是對(duì)滾珠絲杠的選擇和校核，軸承的選型與校核以及滾珠絲杠的剛度計(jì)算。Y方向的設(shè)計(jì)計(jì)算與X方向基本一樣，不同的是Y方向的進(jìn)給滾珠絲杠的螺母帶動(dòng)的是工作臺(tái)加上X方向的進(jìn)給系統(tǒng)，所以計(jì)算上只是數(shù)值不同。Z方

4、向則是電機(jī)連接齒輪，通過(guò)齒輪在齒條上的轉(zhuǎn)動(dòng)使整個(gè)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)Z方向上的升降，主要對(duì)齒輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了齒輪的分度圓直徑，模數(shù)等參數(shù)，最后通過(guò)齒輪來(lái)確定電機(jī)的型號(hào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：超聲技術(shù) 進(jìn)給系統(tǒng) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　Design of transmission system for CNC ultrasonic machine tool</p

5、><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, the source of ultrasound technology, developments and latest research results briefly described, mainly on the CNC ultrasound machine tabl

6、e feed system design calculations.Respectively, X, Y, Z three directions design calculations.X direction of the feed system is connected with the ball screw servo motor, By servo motor rotate driven ball screw connected

7、to the table moves,mainly on the choice of ball screw and checking,selection and check the bearing and ball screw stiffness cal</p><p>　　Keywords: Ultrasound technology Feed system Transmission syste

8、m</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1超聲技術(shù)1<

9、/b></p><p>　　1.2超聲加工的意義1</p><p>　　1.3超聲技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2 X方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1伺服電機(jī)的選擇4</p><p>　　2.2 滾珠絲杠計(jì)

10、算與校核5</p><p>　　2.2.1 滾珠絲杠計(jì)算5</p><p>　　2.2.2 滾珠絲杠校核7</p><p>　　2.3軸承的選擇與校核8</p><p>　　3.3.1 軸承選擇8</p><p>　　2.3.2 軸承校核9</p><p>　　2.4滾珠絲杠剛度計(jì)算

11、與剛度驗(yàn)算9</p><p>　　2.5本章小結(jié)12</p><p>　　3 Y方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1伺服電機(jī)的選擇13</p><p>　　3.2 滾珠絲杠計(jì)算與校核13</p><p>　　3.2.1 滾珠絲杠計(jì)算13</p><p>　　3.2.2 滾

12、珠絲杠校核15</p><p>　　3.3軸承的選擇與校核16</p><p>　　3.3.1 軸承選擇16</p><p>　　3.3.2 軸承校核17</p><p>　　3.4滾珠絲杠剛度計(jì)算與剛度驗(yàn)算17</p><p>　　3.5 本章小結(jié)19</p><p>　　4 工作

13、臺(tái)Z方向運(yùn)動(dòng)20</p><p>　　4.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 按齒根彎曲計(jì)算強(qiáng)度設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3 本章小結(jié)23</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b>&

14、lt;/p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1超聲技術(shù)</b></p><p>　　超聲技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)始于20 世紀(jì)10—20 年代, 是以經(jīng)典聲學(xué)理論為基礎(chǔ), 同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、

15、機(jī)械振動(dòng)和材料學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的成就發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合技術(shù)。超聲技術(shù)在機(jī)械加工方面的應(yīng)用按其加工工藝特征, 大致分為兩類。一類是帶磨料的超聲磨料加工, 如超聲孔加工、超聲研磨、超聲拋光、超聲去毛刺等; 另一類是采用切削工具與其他加工方法相結(jié)合形成的超聲復(fù)合加工, 如旋轉(zhuǎn)超聲在鉆孔、磨削、銑削上的應(yīng)用, 超聲電化學(xué)、超聲振動(dòng)切削、超聲放電加工及超聲塑性加工等[1]。</p><p>　　1.2超聲加工的意義</p

16、><p>　　各種硬脆材料和硬脆復(fù)合材料很難用傳統(tǒng)刀具進(jìn)行加工, 因而往往采用非傳統(tǒng)的工藝方法進(jìn)行加工, 這些非傳統(tǒng)工藝方法多數(shù)直接使用各種能量, 如超聲波加工和激光加工等。超聲加工是利用超聲振動(dòng)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,或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工,或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲波加工精度高, 速度快, 加工材

17、料適應(yīng)范圍廣, 可加工出復(fù)雜型腔及型面, 加工時(shí)工具和工件接觸輕, 切削力小, 不會(huì)發(fā)生燒傷、變形、殘余應(yīng)力等缺陷, 而且超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 易于維護(hù)[2]。</p><p>　　幾十年來(lái),超聲加工技術(shù)的發(fā)展迅速,在超聲振動(dòng)系統(tǒng)、深小孔加工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、超聲復(fù)合加工領(lǐng)域均有較廣泛的研究和應(yīng)用,尤其是在難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵性的工藝問(wèn)題,取得了良好的效果。如在傳統(tǒng)超聲波加工的基礎(chǔ)上發(fā)展了旋

18、轉(zhuǎn)超聲波加工, 即工具在不斷振動(dòng)的同時(shí)還以一定的速度旋轉(zhuǎn), 這將迫使工具中的磨粒不斷地沖擊和劃擦工件表面, 把工件材料粉碎成很小的微粒去除, 以提高加工效率。又如超聲振動(dòng)加工技術(shù)，微細(xì)超聲加工等[3]。</p><p>　　1.3超聲技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　超聲加工機(jī)床為實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲加工, 一般要由機(jī)床本體、超聲波電源、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、主軸軸向進(jìn)給系統(tǒng)、軸向力反

19、饋保護(hù)系統(tǒng)等組成。超聲波發(fā)生器的作用是將50 Hz 的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢üβ实某曨l振蕩, 以提供工具作超聲頻振動(dòng)和切除工件材料所需的能量。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲加工是集傳統(tǒng)超聲加工與磨料磨削加工為一體的復(fù)合加工, 是硬脆性材料加工的一種有效方法, 具有良好的應(yīng)用前景。在目前廣泛使用的縱向振動(dòng)旋轉(zhuǎn)超聲加工中,金剛石工具除以一定振幅作軸向超聲頻振動(dòng)外, 還作相對(duì)于工件的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 并且工件與工具間以一定的

20、靜壓力相互作用。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工展開(kāi)了廣泛的理論機(jī)理研究。包括：一.超聲振動(dòng)的捶擊作用二.金剛石工具的磨拋?zhàn)饔萌?超聲空化作用 四.液壓沖擊和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了碎屑的排出。以上4 點(diǎn)是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者形成的關(guān)于旋轉(zhuǎn)超聲加工的主要作用機(jī)理, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 單純的工具旋轉(zhuǎn)或超聲振動(dòng)對(duì)材料的去除效果都比較差, 而將二者組合之后, 材料的去除率得到很大的提高, 因此可以認(rèn)為旋轉(zhuǎn)超聲加工是上述各機(jī)理相互促進(jìn)、綜合作用的結(jié)果。</p&

21、gt;<p>　　目前, 旋轉(zhuǎn)超聲加工在許多工業(yè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用, 例如汽車工業(yè)、工具和模具制造、光學(xué)元件、半導(dǎo)體工業(yè)、醫(yī)療工業(yè)等領(lǐng)域。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲鉆削加工：在超聲旋轉(zhuǎn)加工工藝參數(shù)對(duì)材料去處率的影響方面, 英國(guó)阿伯丁大學(xué)國(guó)王學(xué)院建立了超聲加工沖擊過(guò)程的非線性模型, 首次解釋了材料去除率在較高的靜壓力作用下減小的原因[4]。美國(guó)Raju rkar等在對(duì)A l2O 3 陶瓷材

22、料精密超聲加工的研究中,發(fā)現(xiàn)低沖擊力會(huì)引起陶瓷材料結(jié)構(gòu)的變化和晶粒的錯(cuò)位, 而高沖擊力會(huì)導(dǎo)致中心裂紋和凹痕的產(chǎn)生[5]。Kom aariha 等[6]研究了不同的工件材料硬度和彈性模量的比值對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削和普通超聲加工工件圓度和材料去除率的影響, 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)H /E 越大,材料去除率越高, 加工孔的不圓度增大, 并且加工孔的表面粗糙度增大。我國(guó)山東大學(xué)對(duì)工程陶瓷的超聲振動(dòng)鉆削加工進(jìn)行了深入的研究[7], 探討了超聲振動(dòng)鉆削中各工藝參數(shù)

23、對(duì)加工效果的影響, 分析了超聲振動(dòng)鉆削的材料去除機(jī)理。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)銑削加工：1999 年美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)Pei[8]提出將旋轉(zhuǎn)超聲加工應(yīng)用于平面銑削的新途徑。同時(shí)他和Hu 等[9]提出一種旋轉(zhuǎn)超聲加工陶瓷材料去除率模型的計(jì)算方法, 并將其應(yīng)用到氧化鋯陶瓷的加工中, 確定了材料去除率和加工參數(shù)之間的關(guān)系, 該研究大大推動(dòng)了陶瓷材料旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)的發(fā)展。大連理工大學(xué)基于快速原型分層制造的思想,提出利用簡(jiǎn)

24、單工具實(shí)現(xiàn)超聲分層銑削加工的新技術(shù)。研究了銑削加工中工具耗損的機(jī)理和工藝規(guī)律,提出銑削加工中工具耗損的補(bǔ)償方式[10]。在此基礎(chǔ)上, 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究, 探索工藝參數(shù)對(duì)材料去除率的影響規(guī)律。開(kāi)辟了利用超聲加工技術(shù)數(shù)控加工工程陶瓷零件的途徑。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工：文[11]借助單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn), 對(duì)徑向施加超聲振動(dòng)的緩進(jìn)給磨削加工運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)超聲磨削相比普通磨削磨粒有較大的切入角、較短的

25、切削長(zhǎng)度、較厚的切屑和較低的摩擦系數(shù)。結(jié)合對(duì)Si3N 4 陶瓷加工試件的SEM 檢測(cè)、殘余應(yīng)力分析以及彎曲強(qiáng)度測(cè)試, 證實(shí)了超聲加工較普通加工具有較大的材料去除率, 且亞表面損傷較小。文[12]A l2O 3 超聲振動(dòng)緩進(jìn)給磨削加工實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)超聲振動(dòng)方向與磨削進(jìn)給方向相同時(shí),超聲振動(dòng)引起的拋磨作用非常顯著, 超聲磨削的表面粗糙度比普通磨削低。對(duì)加工表面進(jìn)行SEM 觀察顯示, A l2O 3 陶瓷的去除方式仍屬于脆性斷裂, 且以晶

26、粒粉碎、穿晶斷裂為主, 但伴隨沿晶斷裂、彈性劃擦、塑性流動(dòng)等現(xiàn)象。MUL T 等[13]對(duì)氮化硅和氧化鋁陶瓷材料用輔助超聲振動(dòng)進(jìn)行了緩進(jìn)給磨削加工, 對(duì)磨削力、加工表面形貌、砂輪徑向磨損等加以分析, 指出緩進(jìn)給超聲磨削大大地減小了磨削力, 同時(shí)砂輪的磨損較小, 工件的表面粗糙度降低。</p><p>　　綜觀國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀, 國(guó)外部分國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)良的數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床, 其應(yīng)用也日趨工

27、業(yè)化。國(guó)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)的發(fā)展較為緩慢, 與先進(jìn)國(guó)家相比存在較大的差距, 特別是先進(jìn)超聲加工機(jī)床的研制十分落后, 至今還找不到市場(chǎng)化的數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題主要研究機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)超聲機(jī)床的工作臺(tái)在XY方向的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以及整個(gè)XY工作臺(tái)在Z方向的升降系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><

28、p>　　2 X方向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　工作臺(tái)X、Y方向的進(jìn)給系統(tǒng)如圖（2—1）所示，主要是通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，滾珠絲杠兩端由軸承固定，滾珠絲杠與電機(jī)之間通過(guò)聯(lián)軸套直接連接。</p><p>　　圖2-1 XY方向進(jìn)給系統(tǒng)</p><p>　　2.1伺服電機(jī)的選擇 </p><p>　　機(jī)床工作臺(tái)臺(tái)面尺寸800

29、25080,采用高強(qiáng)度HT200，密度為7.2，估算工作臺(tái)重量為115kg。若工作臺(tái)最大承重20kg，所以X方向滾珠絲杠承受的重量為135kg， X向工作行程為360mm，工作臺(tái)定位精度25，重復(fù)定位精度15，工作臺(tái)快速位移15000，由于本課題是超聲機(jī)床，所以主軸切削力忽略不計(jì)。</p><p>　　電機(jī)與滾珠絲杠傳動(dòng)比i=1，摩擦系數(shù)=0.1</p><p>　　滾珠絲杠軸向負(fù)載 ：

30、 （2—1）</p><p>　　F-----軸向切削力 </p><p>　　------摩擦力 </p><p>　　滾珠絲杠軸向負(fù)載： </p><p>　　令滾珠絲杠的導(dǎo)程=5mm，進(jìn)給絲杠的效率=0.94</p><p>　　電機(jī)扭矩：

31、 (2—2)</p><p>　　根據(jù)電機(jī)扭矩選擇松下MSMA系列（小慣量），其數(shù)據(jù)如表2-2：</p><p>　　表2-2 電機(jī)參數(shù)表</p><p>　　2.2滾珠絲杠的計(jì)算與校核</p><p>　　2.2.1 滾珠絲杠的計(jì)算</p><p>　　工作臺(tái)在滾珠絲杠上產(chǎn)生的摩擦力：</p>

32、;<p><b>　　=132.3N</b></p><p><b>　　平均轉(zhuǎn)速：</b></p><p><b>　?。?—3） </b></p><p>　　其中，是各切削狀態(tài)下的絲杠轉(zhuǎn)速。</p><p>　　因?yàn)楸菊n題是在一種切削狀態(tài)下計(jì)算的，所以就是

33、快速進(jìn)給狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速3000，但實(shí)際加工時(shí)工作臺(tái)進(jìn)給絲杠不能轉(zhuǎn)的這么快，根據(jù)查看的幾個(gè)計(jì)算舉例，一般在200～300之間，取=250，滾珠絲杠壽命預(yù)定為24000h。</p><p><b>　　確定預(yù)期額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　= （2—4） </p><p>　　-

34、---滾珠絲杠副平均載荷，N; </p><p><b>　　----平均轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　-----壽命時(shí)間； </p><p>　　------載荷系數(shù)，按文[14]表5取</p><p><b>　　=</b></p><p><b&g

35、t;　　==1062.8N</b></p><p>　　當(dāng)絲杠有預(yù)加載荷時(shí)，</p><p>　　= （2—5）</p><p>　　-----預(yù)加載荷系數(shù)，按文[14]表6取</p><p>　　===886.41N</p><p>　　取兩者

36、中計(jì)算結(jié)果較大的 =1062.8N</p><p>　　確定滾珠絲杠的最小螺紋直徑</p><p>　　根據(jù)定位精度25和重復(fù)定位精度15的要求估算允許的滾珠絲杠最大軸向變形： </p><p><b>　　取較小值</b></p><p>　　估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋直徑，滾珠絲杠采用兩端固定方式</

37、p><p><b>　　軸承之間的距離：</b></p><p>　　L=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度</p><p>　　（1.1～1.2）行程+（10～14）</p><p>　　= 1.1360+105=446mm</p><p><b>　?。?—6）</b>

38、;</p><p>　　根據(jù)導(dǎo)程，額定動(dòng)載荷，最小螺紋底徑，選擇：FSR單螺母 1級(jí)精度：=20 =5 =8389N>1062.8N =16.9>4.24。</p><p>　　所以滿足要求。 </p><p>　　2.2.2 滾珠絲杠的校核</p><p><b>　　穩(wěn)定性校核</b&

39、gt;</p><p>　　絲杠壓曲時(shí)代臨界載荷P按歐拉公式計(jì)算：</p><p>　　P= （2—7）</p><p>　　E----彈性模量，鋼材去2.1，；</p><p>　　I----絲杠斷面最小慣性矩 I=；</p><p>　　----絲杠直徑，；&l

40、t;/p><p>　　------螺母至固定端最大距離，如文[14]中表7所示</p><p>　　、-----與絲杠安裝方式相關(guān)的系數(shù)，其值按文[14]表7取</p><p><b>　　P==</b></p><p><b>　　滿足 。</b></p><p><b&

41、gt;　　臨界轉(zhuǎn)速校核</b></p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　E----彈性模量，鋼材去2.1，；</p><p>　　----安裝距離，見(jiàn)文[14]表7；</p><p>　　、----絲杠安裝方式有關(guān)的系數(shù)，其值按文[14]表7取；</p><p&

42、gt;　　I----絲杠斷面最小慣性矩 I=；</p><p>　　----絲杠直徑，；</p><p>　　-----絲杠截面積，</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　滿足。</b></p><p>　　容許拉伸(壓縮)載荷校核</p

43、><p>　　絲杠拉伸（壓縮）容許載荷按文[14]表8取</p><p><b>　　螺母靜額定載荷校核</b></p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　---基本靜額定載荷，；</p><p>　　----靜態(tài)安全系數(shù)，其值按文[14]表9取<

44、/p><p>　　選擇的滾珠絲杠的螺母靜額定載荷=16594</p><p><b>　　滿足。</b></p><p>　　2.3 軸承的選擇與校核</p><p><b>　　2.31軸承選擇</b></p><p>　　選用角接觸球軸承，軸承轉(zhuǎn)速250，軸承壽命=2000

45、0，</p><p>　　對(duì)軸承進(jìn)行受力分析：</p><p>　　圖2—3 軸承受力分析</p><p>　　軸承上的徑向載荷=1323N，當(dāng)徑向載荷作用中點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)軸承上的徑向載荷===661.5N，根據(jù)文[15]中表13—7算得==449.82N，</p><p>　　所以：

46、 （2—10a）</p><p><b>　?。?—10b）</b></p><p>　　所以，=582.12N</p><p><b>　　比值=</b></p><p>　　求當(dāng)量動(dòng)載荷 （2—11）</p>&l

47、t;p>　　按文[15]表13—5，13—6得=1，X=1，Y=0</p><p><b>　　則</b></p><p>　　軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷： （2—12）</p><p>　　選擇7302AC 尺寸 基本額定動(dòng)載荷9080N>8856.59N</p><

48、p>　　脂潤(rùn)滑極限轉(zhuǎn)速15000。</p><p><b>　　2.32 軸承校核</b></p><p>　　此軸承的基本額定動(dòng)載荷為9080N，e值為0.68，當(dāng)量動(dòng)載荷即1323N</p><p>　　驗(yàn)算7302AC軸承的壽命，根據(jù)文[15]公式13—5</p><p><b>　　=>20

49、000</b></p><p><b>　　所以此軸承滿足。</b></p><p>　　2.4 滾珠絲杠剛度計(jì)算[16]和剛度驗(yàn)算</p><p>　　1.滾珠絲杠拉壓剛度計(jì)算 </p><p>　　（2—13） </p><p>　　A-----絲杠的截面積，（d為

50、螺紋底徑，mm）</p><p>　　E-----絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼材</p><p>　　L-----兩軸承之間的距離，mm</p><p>　　螺母在中心處剛度最小</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　2.單螺母軸向剛度</b>&l

51、t;/p><p>　　假如軸向工作載荷是30%的額定動(dòng)載荷，則=0.8 </p><p>　　是產(chǎn)品樣本尺寸表中的剛度值</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中軸向工作載荷沒(méi)有30%的額定動(dòng)載荷</p><p>　　所以剛度 （2—14）</p><p><b

52、>　　=</b></p><p>　　3.滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度</p><p>　　有預(yù)加載荷時(shí) （2—15）</p><p>　　--預(yù)加載荷下的軸向彈性位移</p><p>　　由公式

53、 （2—16）</p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　4.進(jìn)給滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度</p><p><b>　?。?—17）&

54、lt;/b></p><p>　　G---絲杠材料抗剪彈性模量，對(duì)鋼材 G=</p><p>　　-----兩軸承之間的距離</p><p><b>　　=</b></p><p>　　5.滾珠絲杠的軸向剛度</p><p><b>　?。?—18）</b></

55、p><p>　　6.滾珠絲杠的傳動(dòng)剛度</p><p><b>　　（2—19）</b></p><p><b>　　7.剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　根據(jù)文[14]中的剛度驗(yàn)算</p><p>　　每米導(dǎo)程變形總誤差：</p><p>　　A--

56、----絲杠截面積， </p><p>　　G-----絲杠材料抗剪切彈性模量，對(duì)鋼材G=82400 </p><p>　　M-----絲杠的扭矩 </p><p>　　------絲杠導(dǎo)程</p><p>　　K------安裝方式系數(shù)（固定—自由：K=1；固定—固定：K=0.25）</p>

57、<p><b>　　==<</b></p><p>　　1級(jí)精度 =6 所以滿足。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　第二章主要計(jì)算了X向進(jìn)給系統(tǒng)，其中包括電機(jī)選擇、滾珠絲杠計(jì)算與校核、軸承選擇與校核以及滾珠絲杠剛度計(jì)算與驗(yàn)算，確定了電機(jī)、滾珠絲杠、

58、軸承。</p><p>　　3 Y方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 伺服電機(jī)的選擇 </p><p>　　與X方向的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟一樣，只是在工作臺(tái)原有的重量下加上了X進(jìn)給系統(tǒng)的重量：電機(jī)（X）重量1.5kg，軸承重量0.02kg，絲杠重量1.2kg</p><p>　　重量取10kg，所以作用于Y向絲杠的總重量為145kg。

59、</p><p>　　滾珠絲杠軸向負(fù)載 ： （3—1）</p><p>　　F-----軸向切削力 ------摩擦力 </p><p><b>　　滾珠絲杠軸向負(fù)載：</b></p><p>　　令滾珠絲杠的導(dǎo)程=5mm，進(jìn)給絲杠的效率=0.94</p&g

60、t;<p><b>　　電機(jī)扭矩：</b></p><p>　　根據(jù)電機(jī)扭矩選擇松下MSMA系列（小慣量），其數(shù)據(jù)如表3—1：</p><p>　　表3—1 電機(jī)參數(shù)表</p><p>　　3.2滾珠絲杠的計(jì)算與校核</p><p>　　3.2.1 滾珠絲杠的計(jì)算</p><p>&

61、lt;b>　　取 </b></p><p><b>　　確定預(yù)期額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　= （3—2）</p><p>　　----滾珠絲杠副平均載荷，N; </p><p><b>　　----平均轉(zhuǎn)速，&l

62、t;/b></p><p>　　-----壽命時(shí)間； </p><p>　　------載荷系數(shù)，按文[14]表5取。</p><p><b>　　===1126N</b></p><p>　　當(dāng)絲杠有預(yù)加載荷時(shí) = （ 3—3）</p><p&g

63、t;　　-----預(yù)加載荷系數(shù)，按文[14]表6取</p><p>　　===952.07N</p><p>　　取兩者中計(jì)算結(jié)果較大的 =1126N</p><p>　　確定滾珠絲杠的最小螺紋直徑</p><p>　　根據(jù)定位精度25和重復(fù)定位精度15的要求估算允許的滾珠絲杠最大軸向變形： </p><p>

64、<b>　　取較小值</b></p><p>　　估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋直徑，滾珠絲杠采用兩端固定方式</p><p><b>　　軸承之間的距離：</b></p><p>　　L=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度</p><p>　　（1.1～1.2）行程+（10～14）</

65、p><p>　　= 1.1290+105=369mm</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　根據(jù)導(dǎo)程，額定動(dòng)載荷，最小螺紋底徑，選擇：FSR單螺母 1級(jí)精度： =20 =5 =8389N>1062.8N =16.9>4</p><p><b>　　所以滿足要求。&

66、lt;/b></p><p>　　3.2.2 滾珠絲杠的校核</p><p><b>　　1）穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　絲杠壓曲時(shí)代臨界載荷P按歐拉公式計(jì)算：</p><p>　　P= （3—5）</p><p>　　E--

67、--彈性模量，鋼材去2.1，；</p><p>　　I----絲杠斷面最小慣性矩 I=；</p><p>　　----絲杠直徑，；</p><p>　　------螺母至固定端最大距離，如文[14]中表7所示</p><p>　　、-----與絲杠安裝方式相關(guān)的系數(shù)，其值按文[14]表7取</p><p><b

68、>　　P==</b></p><p><b>　　滿足 </b></p><p><b>　　2）臨界轉(zhuǎn)速校核</b></p><p><b>　　（3—6）</b></p><p>　　E----彈性模量，鋼材去2.1，；</p><p&

69、gt;　　----安裝距離，見(jiàn)文[14]表7；</p><p>　　、----絲杠安裝方式有關(guān)的系數(shù)，其值按文[14]表7??；</p><p>　　I----絲杠斷面最小慣性矩 I=；</p><p>　　----絲杠直徑，；</p><p>　　-----絲杠截面積，</p><p><b>　　=<

70、;/b></p><p><b>　　滿足</b></p><p>　　3）容許拉伸(壓縮)載荷校核</p><p>　　絲杠拉伸（壓縮）容許載荷按文[14]表8取</p><p><b>　　滿足。</b></p><p>　　4）螺母靜額定載荷校核</p>

71、;<p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　---基本靜額定載荷，；</p><p>　　----靜態(tài)安全系數(shù)，其值按文[14]表9取</p><p>　　選擇的滾珠絲杠的螺母靜額定載荷=16594</p><p><b>　　滿足。</b></p>&

72、lt;p>　　3.3 軸承的選擇與校核</p><p>　　3.3.1 軸承選擇</p><p>　　選用角接觸球軸承，軸承轉(zhuǎn)速200，軸承壽命=20000，</p><p>　　對(duì)軸承進(jìn)行受力分析：</p><p>　　圖 3—2 軸承受力分析</p><p>　　軸承上的徑向載荷=1421N，當(dāng)徑向載荷作

73、用中點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)軸承上的徑向載荷===710.5N，根據(jù)文[15]中表13—7算得==483.14N，</p><p>　　所以： （3—8a）</p><p><b>　?。?—8b）</b></p><p><b>　　=625.24N</b>

74、</p><p><b>　　比值=</b></p><p>　　求當(dāng)量動(dòng)載荷 （3—9）</p><p>　　按文[15]表13—5，13—6得=1，X=1，Y=0</p><p><b>　　則</b></p><p&g

75、t;　　軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷： （3—10）</p><p>　　選擇7302AC 尺寸 基本額定動(dòng)載荷9080N>8830.75N</p><p>　　脂潤(rùn)滑極限轉(zhuǎn)速15000。</p><p>　　3.3.2 軸承校核</p><p>　　此軸承的基本額定動(dòng)載荷為9080N，e值為

76、0.68，當(dāng)量動(dòng)載荷即1421N</p><p>　　驗(yàn)算7302AC軸承的壽命，根據(jù)文[15]公式13—5</p><p><b>　　=>20000</b></p><p><b>　　所以此軸承滿足。</b></p><p>　　3.4 滾珠絲杠剛度計(jì)算[16]和剛度驗(yàn)算</p&g

77、t;<p>　　1. 滾珠絲杠拉壓剛度計(jì)算 </p><p>　　（3—11） </p><p>　　A-----絲杠的截面積，（d為螺紋底徑，mm）</p><p>　　E-----絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼材</p><p>　　L-----兩軸承之間的距離，mm</p><p>　　

78、螺母在中心處剛度最小</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　2.單螺母軸向剛度</b></p><p>　　假如軸向工作載荷是30%的額定動(dòng)載荷，則=0.8 </p><p>　　是產(chǎn)品樣本尺寸表中的剛度值</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中軸向工作

79、載荷沒(méi)有30%的額定動(dòng)載荷</p><p>　　所以剛度 （3—12）</p><p><b>　　=</b></p><p>　　3.滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度</p><p>　　有預(yù)加載荷時(shí)

80、 （3—13）</p><p>　　--預(yù)加載荷下的軸向彈性位移</p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　4.進(jìn)給滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度</p><p><b>　?。?—14）</b&g

81、t;</p><p>　　G---絲杠材料抗剪彈性模量，對(duì)鋼材 G=</p><p>　　-----兩軸承之間的距離</p><p><b>　　=</b></p><p>　　5.滾珠絲杠的軸向剛度</p><p><b>　?。?—15）</b></p>

82、<p>　　6.滾珠絲杠的傳動(dòng)剛度</p><p>　　由 （3—16）</p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　7.剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　根據(jù)文[14]中的剛度驗(yàn)算</p>&

83、lt;p>　　每米導(dǎo)程變形總誤差：</p><p>　　A------絲杠截面積， </p><p>　　G-----絲杠材料抗剪切彈性模量，對(duì)鋼材G=82400 </p><p>　　M-----絲杠的扭矩 </p><p>　　------絲杠導(dǎo)程</p><p>　

84、　K------安裝方式系數(shù)（固定—自由：K=1；固定—固定：K=0.25）</p><p><b>　　==<</b></p><p>　　1級(jí)精度 =6 所以滿足。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　第三章主要計(jì)算了X向進(jìn)給系統(tǒng)，其中包

85、括電機(jī)選擇、滾珠絲杠計(jì)算與校核、軸承選擇與校核以及滾珠絲杠剛度計(jì)算與驗(yàn)算，確定了電機(jī)、滾珠絲杠、軸承。</p><p>　　4 工作臺(tái)Z方向運(yùn)動(dòng)</p><p>　　Z方向是由電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)使得整個(gè)工作臺(tái)在Z方向上進(jìn)行移動(dòng)如圖（4-1）所示</p><p><b>　　圖 4—1 </b></p><p>　　

86、Z方向帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的重量定為160kg。小齒輪材料為40cr，硬度280HBS，7級(jí)精度，選小齒輪齒數(shù)Z=24 </p><p>　　4.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由文[15]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10—9a）進(jìn)行試算</p><p>　?。?）確定公式內(nèi)地各計(jì)算數(shù)值</p><p><b>　　試選載荷系數(shù)。&

87、lt;/b></p><p>　　由于電機(jī)是要算出小齒輪后再確定，所以不能通過(guò)公式計(jì)算，要對(duì)齒輪進(jìn)行受力分析后才能計(jì)算，假定工作臺(tái)的重量160kg作用在齒輪上，即1568N。</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　T----小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，；</p><p>　　----對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即

88、為分度圓直徑，</p><p>　　----嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，</p><p>　　令法向載荷為1568N，得：</p><p><b>　　=1473.44</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　3）文[15]表10—7齒寬系數(shù)=0

89、.6；</p><p>　　4）文[15]表10—6得材料的彈性影響系數(shù)；</p><p>　　5）由文[15]圖10—21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　　6）由圖10—19取接觸疲勞壽命系數(shù)；</p><p>　　7） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)

90、S=1，由文[15]式10—12得</p><p><b>　?。?）計(jì)算</b></p><p><b>　　1）分度圓直徑：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　2）計(jì)算圓周速度</b></p>&

91、lt;p>　　Z向快速移動(dòng)為，每轉(zhuǎn)一圈，齒輪運(yùn)動(dòng)220，</p><p>　　所以快速移動(dòng)時(shí)，估算齒輪的轉(zhuǎn)速約為</p><p><b>　　3）計(jì)算齒寬</b></p><p>　　4）計(jì)算齒寬與齒高之比</p><p><b>　　模數(shù) </b></p><p>

92、;<b>　　齒高 </b></p><p><b>　　5）計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)，7級(jí)精度，由文[15]圖10—8得動(dòng)載荷系數(shù)</p><p><b>　　直齒輪；</b></p><p>　　由文[15]表10—2得使用系數(shù)</p>

93、<p>　　文[15]表10—4得</p><p>　　由6.39，，查圖10—13得</p><p><b>　　載荷系數(shù)：</b></p><p>　　6）按實(shí)際的載荷系數(shù)矯正所得分度圓直徑，由文[15]式10—10a得</p><p><b>　　7）計(jì)算模數(shù)</b></p

94、><p>　　4.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由文[15]式10—5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為</p><p>　　（1）確定公式內(nèi)地各計(jì)算所數(shù)值</p><p>　　1）由文[15]圖10—20c得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；</p><p>　　2）由文[15]圖10—18取彎曲疲勞壽命系數(shù)；</p&g

95、t;<p>　　3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由文[15]式10—12得</p><p><b>　　4）計(jì)算載荷系數(shù)：</b></p><p>　　5）查齒形系數(shù)、應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由文[15]表10—5查得</p><p&

96、gt;<b>　　6） 計(jì)算小齒輪的</b></p><p><b>　　（2）設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力。</p><p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)值</b><

97、/p><p><b>　　1）計(jì)算小齒輪齒數(shù)</b></p><p><b>　　2）計(jì)算分度圓直徑</b></p><p><b>　　3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　取B=45</b></p><p>　　若總

98、重量160kg全部作用于小齒輪上,則帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩,但實(shí)際上并非所有的總量都作用在齒輪上,齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩小于算出來(lái)的數(shù)值。所以選擇電機(jī)：</p><p>　　表3 松下MSMA系列（中慣量）</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　主要對(duì)傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了計(jì)算，并由齒輪傳遞的扭矩對(duì)電機(jī)做了選擇。</p>

99、;<p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，是教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，提高了我們 實(shí)踐能力。通過(guò)幾個(gè)月來(lái)緊張而有序的設(shè)計(jì)，提高了我分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 </p><p>　　我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是數(shù)控超聲機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我知道了

100、機(jī)床工作臺(tái)是如何在X、Y、Z方向上進(jìn)行移動(dòng)，并且將各個(gè)部分有機(jī)地組織到一起。從中，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際的問(wèn)題，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。</p><p>　　通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉也讓我明白在遇到難題使不能一味的逃避，應(yīng)該通過(guò)查找資料，虛心向別人請(qǐng)教來(lái)解決。這在以后的生活、工作中也是一樣的。在此再次感謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中支持和幫助我的老師和同學(xué)

101、。</p><p>　　由于自身所學(xué)知識(shí)有限以及第一次做這個(gè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中難免存在問(wèn)題。望各位老師給予批評(píng)指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭書(shū)友，馮平法，徐西鵬.旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)研究進(jìn)展[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，49（11）:1799-1804.</p><

102、p>　　[2] 程學(xué)燕，郭文娟，林彬，等。超聲波加工機(jī)床及其發(fā)展，新技術(shù)新工藝.2004，（10）：40-42</p><p>　　[3] 曹鳳國(guó)，張勤儉.超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].電加工與模具.2005：25-30</p><p>　　[4] Thoe T B, A sp inwall D K, Killey N. Combined ultraso inc and

103、electrical discharge mach ining of ceram ic coated nickel alloy [J ]. J M aterials P rocessing T echnolog y , 1999, 92 (93) : 323 - 328.</p><p>　　[5] Rajurkar K P, W ang Z Y, Kuppattan A. M icro removal of c

104、eram ic material (A l2O 3) in the p recision ultrasonic mach ining [J]. P recision E ng ineering , 1999, 23: 73 - 78.</p><p>　　[6] Thoe T B, A sp inwall D K, W ise M L H. Review on ultrasonic mach ining [J].

105、 Int J M echanical T ools M anuf actu re, 1988, 38 (4) : 239 - 255.</p><p>　　[7] 張勤河, 張建華, 賈志新, 等. 超聲振動(dòng)鉆削加工陶瓷的研究[J]. 新技術(shù)新工藝, 1997 (1) : 19 - 20.</p><p>　　[8] Pei Z J, Kappo r P M, Haseiko rn S G

106、. Ro tary ultrasonic machining fo r face m illing of ceram ics [J]. Int J M ach ine T ools &M anuf actu re, 1995, 35 (7): 1033 - 1046.</p><p>　　[9] Hu P, Zhang J M , Pei Z J , et al. Modeling of material

107、 removal rate in ro tary ult rasonic mach ining2designed experiment s [J]. J M aterials P rocessing T echnology , 2002, 129 (1) : 339 - 344.</p><p>　　[10] 馮冬菊, 趙福令, 徐占國(guó), 等. 超聲波銑削加工材料去除率的理論模型[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2006

108、, 17 (13) : 1399 - 1403</p><p>　　[11] U h lmann E. Surface fo rmation in creep feed grinding of advanced ceram ics w ith and w ithout ult rasonic assistance [J ]. A nnals of the C IR P , 1998, 47 (1) : 249 -

109、 252.</p><p>　　[12] Xu JW. Experimental research on the ground surface quality of creep feed ultrasonic grinding ceram ics (A l2O 3) [J].Chinese J A eronau tics, 2006, 19 (4): 359 - 395.</p><p>

110、　　[13] M ult H C, Spur G, Ho ll S E. U lt rasonic assisted grinding of ceram ics [J]. J M ater P rocess T echnol, 1996, 62 (4): 287 -293.</p><p>　　[14] 楊祖孝.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與計(jì)算[J].山東濰坊高等?？茖W(xué)校，1998，3：50-52.</p&

111、gt;<p>　　[15]濮良貴，紀(jì)名剛，等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，2001.</p><p>　　[16]http://www.docin.com/p-57199382.html</p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　數(shù)控超聲機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><

112、b>　　1前言部分</b></p><p>　　超聲技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)始于20 世紀(jì)10—20 年代, 是以經(jīng)典聲學(xué)理論為基礎(chǔ), 同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、機(jī)械振動(dòng)和材料學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的成就發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合技術(shù)。超聲技術(shù)在機(jī)械加工方面的應(yīng)用按其加工工藝特征, 大致分為兩類。一類是帶磨料的超聲磨料加工, 如超聲孔加工、超聲研磨、超聲拋光、超聲去毛刺等; 另一類是采用切削工具與其他加工方法相結(jié)合

113、形成的超聲復(fù)合加工, 如旋轉(zhuǎn)超聲在鉆孔、磨削、銑削上的應(yīng)用, 超聲電化學(xué)、超聲振動(dòng)切削、超聲放電加工及超聲塑性加工等[1]。</p><p>　　各種硬脆材料和硬脆復(fù)合材料很難用傳統(tǒng)刀具進(jìn)行加工, 因而往往采用非傳統(tǒng)的工藝方法進(jìn)行加工, 這些非傳統(tǒng)工藝方法多數(shù)直接使用各種能量, 如超聲波加工和激光加工等。超聲加工是利用超聲振動(dòng)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

114、除材料,或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工,或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲波加工精度高, 速度快, 加工材料適應(yīng)范圍廣, 可加工出復(fù)雜型腔及型面, 加工時(shí)工具和工件接觸輕, 切削力小, 不會(huì)發(fā)生燒傷、變形、殘余應(yīng)力等缺陷, 而且超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 易于維護(hù)[2]。</p><p>　　幾十年來(lái),超聲加工技術(shù)的發(fā)展迅速,在超聲振動(dòng)系統(tǒng)、深小孔加工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、超聲復(fù)

115、合加工領(lǐng)域均有較廣泛的研究和應(yīng)用,尤其是在難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵性的工藝問(wèn)題,取得了良好的效果。如在傳統(tǒng)超聲波加工的基礎(chǔ)上發(fā)展了旋轉(zhuǎn)超聲波加工, 即工具在不斷振動(dòng)的同時(shí)還以一定的速度旋轉(zhuǎn), 這將迫使工具中的磨粒不斷地沖擊和劃擦工件表面, 把工件材料粉碎成很小的微粒去除, 以提高加工效率。又如超聲振動(dòng)加工技術(shù)，微細(xì)超聲加工等[3]。</p><p><b>　　2主題部分　</b><

116、;/p><p>　　超聲加工機(jī)床為實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲加工, 一般要由機(jī)床本體、超聲波電源、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、主軸軸向進(jìn)給系統(tǒng)、軸向力反饋保護(hù)系統(tǒng)等組成。超聲波發(fā)生器的作用是將50 Hz 的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢üβ实某曨l振蕩, 以提供工具作超聲頻振動(dòng)和切除工件材料所需的能量。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲加工是集傳統(tǒng)超聲加工與磨料磨削加工為一體的復(fù)合加工, 是硬脆性材料加工的一種有效方法, 具

117、有良好的應(yīng)用前景。在目前廣泛使用的縱向振動(dòng)旋轉(zhuǎn)超聲加工中,金剛石工具除以一定振幅作軸向超聲頻振動(dòng)外, 還作相對(duì)于工件的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 并且工件與工具間以一定的靜壓力相互作用。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工展開(kāi)了廣泛的理論機(jī)理研究。包括：一.超聲振動(dòng)的捶擊作用二.金剛石工具的磨拋?zhàn)饔萌?超聲空化作用 四.液壓沖擊和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了碎屑的排出。以上4 點(diǎn)是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者形成的關(guān)于旋轉(zhuǎn)超聲加工的主要作用機(jī)理, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 單純的工具旋轉(zhuǎn)或超聲

118、振動(dòng)對(duì)材料的去除效果都比較差, 而將二者組合之后, 材料的去除率得到很大的提高, 因此可以認(rèn)為旋轉(zhuǎn)超聲加工是上述各機(jī)理相互促進(jìn)、綜合作用的結(jié)果。</p><p>　　目前, 旋轉(zhuǎn)超聲加工在許多工業(yè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用, 例如汽車工業(yè)、工具和模具制造、光學(xué)元件、半導(dǎo)體工業(yè)、醫(yī)療工業(yè)等領(lǐng)域。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)超聲鉆削加工：在超聲旋轉(zhuǎn)加工工藝參數(shù)對(duì)材料去處率的影響方面, 英國(guó)阿伯丁

119、大學(xué)國(guó)王學(xué)院建立了超聲加工沖擊過(guò)程的非線性模型, 首次解釋了材料去除率在較高的靜壓力作用下減小的原因[4]。美國(guó)Raju rkar等在對(duì)A l2O 3 陶瓷材料精密超聲加工的研究中,發(fā)現(xiàn)低沖擊力會(huì)引起陶瓷材料結(jié)構(gòu)的變化和晶粒的錯(cuò)位, 而高沖擊力會(huì)導(dǎo)致中心裂紋和凹痕的產(chǎn)生[5]。Kom aariha 等[6]研究了不同的工件材料硬度和彈性模量的比值對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削和普通超聲加工工件圓度和材料去除率的影響, 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)H /E 越大,材料去

120、除率越高, 加工孔的不圓度增大, 并且加工孔的表面粗糙度增大。我國(guó)山東大學(xué)對(duì)工程陶瓷的超聲振動(dòng)鉆削加工進(jìn)行了深入的研究[7], 探討了超聲振動(dòng)鉆削中各工藝參數(shù)對(duì)加工效果的影響, 分析了超聲振動(dòng)鉆削的材料去除機(jī)理。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)銑削加工：1999 年美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)Pei[8]提出將旋轉(zhuǎn)超聲加工應(yīng)用于平面銑削的新途徑。同時(shí)他和Hu 等[9]提出一種旋轉(zhuǎn)超聲加工陶瓷材料去除率模型的計(jì)算方法, 并將其應(yīng)用

121、到氧化鋯陶瓷的加工中, 確定了材料去除率和加工參數(shù)之間的關(guān)系, 該研究大大推動(dòng)了陶瓷材料旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)的發(fā)展。大連理工大學(xué)基于快速原型分層制造的思想,提出利用簡(jiǎn)單工具實(shí)現(xiàn)超聲分層銑削加工的新技術(shù)。研究了銑削加工中工具耗損的機(jī)理和工藝規(guī)律,提出銑削加工中工具耗損的補(bǔ)償方式[10]。在此基礎(chǔ)上, 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究, 探索工藝參數(shù)對(duì)材料去除率的影響規(guī)律。開(kāi)辟了利用超聲加工技術(shù)數(shù)控加工工程陶瓷零件的途徑。</p><p>　　

122、旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工：文[11]借助單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn), 對(duì)徑向施加超聲振動(dòng)的緩進(jìn)給磨削加工運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)超聲磨削相比普通磨削磨粒有較大的切入角、較短的切削長(zhǎng)度、較厚的切屑和較低的摩擦系數(shù)。結(jié)合對(duì)Si3N 4 陶瓷加工試件的SEM 檢測(cè)、殘余應(yīng)力分析以及彎曲強(qiáng)度測(cè)試, 證實(shí)了超聲加工較普通加工具有較大的材料去除率, 且亞表面損傷較小。文[12]A l2O 3 超聲振動(dòng)緩進(jìn)給磨削加工實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)超聲振動(dòng)方向與磨削進(jìn)給方向相同時(shí)

123、,超聲振動(dòng)引起的拋磨作用非常顯著, 超聲磨削的表面粗糙度比普通磨削低。對(duì)加工表面進(jìn)行SEM 觀察顯示, A l2O 3 陶瓷的去除方式仍屬于脆性斷裂, 且以晶粒粉碎、穿晶斷裂為主, 但伴隨沿晶斷裂、彈性劃擦、塑性流動(dòng)等現(xiàn)象。MUL T 等[13]對(duì)氮化硅和氧化鋁陶瓷材料用輔助超聲振動(dòng)進(jìn)行了緩進(jìn)給磨削加工, 對(duì)磨削力、加工表面形貌、砂輪徑向磨損等加以分析, 指出緩進(jìn)給超聲磨削大大地減小了磨削力, 同時(shí)砂輪的磨損較小, 工件的表面粗糙度降低