鈦合金TC4的單激勵超聲波橢圓振動切削系統(tǒng)的研究.pdf

1、鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于多個領(lǐng)域，但是其機械加工性比較差，使用常規(guī)切削方式加工時不容易獲得良好的加工效果，而超聲波振動切削技術(shù)的提出為這一難題提供了解決方案。超聲波振動切削是指在切削過程中給刀具疊加一個高頻振動，使得刀具能夠間歇性地與加工工件接觸或脫離，具有減小平均切削力、延長刀具壽命、改善加工質(zhì)量等優(yōu)點。本文的主要研究內(nèi)容是設計一個超聲波振動切削系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對鈦合金材料進行切削，以改善切削環(huán)境、提高

2、加工質(zhì)量。
　　本文對超聲波振動切削系統(tǒng)的切削原理和優(yōu)勢進行了系統(tǒng)的闡述。根據(jù)鈦合金TC4材料的加工特點，確定了單激勵超聲波橢圓振動切削系統(tǒng)的設計方案。所設計超聲波振動切削系統(tǒng)的工作頻率為43.4kHz，由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿及切削刀具組成，對各組成部分的功能和選型都進行了分析。將變幅桿的設計作為整個系統(tǒng)設計的重點，利用振動理論和設計公式，對變幅桿的基本結(jié)構(gòu)進行了初步設計。利用有限元分析平臺ANSYS Workbench的

3、模態(tài)分析功能，對變幅桿結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)選，并對改良后的結(jié)構(gòu)進行了諧響應分析和瞬態(tài)動力學分析。使用阻抗分析儀與激光位移傳感器對系統(tǒng)的阻抗特性和振動特性進行了測試。將所設計的振動系統(tǒng)應用到對鈦合金TC4工件的切削加工中，并且將其加工效果與普通切削方式的加工效果進行對比。有限元分析結(jié)果顯示系統(tǒng)在刀尖點輸出的仿真振動軌跡為橢圓形；通過對振動系統(tǒng)的性能測試，驗證了刀尖點的實際振動軌跡也是橢圓形；通過切削試驗，證明了在切削裝置中引入單激勵超聲波橢圓