超聲復(fù)合電加工振動(dòng)系統(tǒng)特性分析與試驗(yàn).pdf

1、特種加工是解決如高溫合金、硬質(zhì)合金、金剛石等難加工材料及異形面的一種有效加工方法，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，傳統(tǒng)機(jī)械切削加工已不能夠滿足工程中逐漸增加的難加工材料、異形面零部件的加工的要求，特種加工的應(yīng)用越來越廣泛，其研究與應(yīng)用已成為國(guó)際制造業(yè)的熱點(diǎn)問題。
　　本文概述超聲加工、電解加工和電火花加工的特點(diǎn)與應(yīng)用，介紹超聲復(fù)合電加工國(guó)內(nèi)外研究、發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了超聲復(fù)合電加工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討了超聲復(fù)合電加工仍存在的技術(shù)問題:振動(dòng)系統(tǒng)的特

2、性對(duì)于超聲復(fù)合電加工效率和精度有重要的影響，如振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，振動(dòng)過程常難以持續(xù)穩(wěn)定，為解決這個(gè)問題，提出了本文主要研究?jī)?nèi)容。
　　通過ANSYS有限元方法，運(yùn)用強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合模塊——壓電耦合分析，分析了壓電陶瓷晶堆片數(shù)、輸入電壓信號(hào)大小、輸出振動(dòng)位移幅值和晶堆固有頻率之間的相互影響關(guān)系;對(duì)指數(shù)形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置（簡(jiǎn)稱指數(shù)形超聲振動(dòng)裝置）以及圓錐形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置（簡(jiǎn)稱圓錐形超聲振動(dòng)裝置）的振動(dòng)特

3、性進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析（包括模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析）。施加交變電壓，激勵(lì)超聲振動(dòng)，通過ANSYS后處理模塊得到了電壓幅值分布、應(yīng)力變化、節(jié)點(diǎn)和最大應(yīng)力點(diǎn)及振動(dòng)裝置工具頭端面振動(dòng)幅值等參數(shù)。用高頻精密激光微位移傳感器實(shí)測(cè)超聲工具頭端面振幅，在相同參數(shù)條件下，對(duì)有限元分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，探討了兩者結(jié)果偏差的原因;分析了階梯形變幅桿及換能器組合的振動(dòng)裝置（簡(jiǎn)稱階梯形超聲振動(dòng)裝置）的最大應(yīng)力點(diǎn)和位移節(jié)點(diǎn)的有限元值與理論計(jì)算值誤差較大的原因，

4、以及截面突變處過渡圓弧存在的必要性;最后對(duì)指數(shù)形超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用于后續(xù)試驗(yàn)研究。本章研究成果對(duì)優(yōu)化超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有重要理論指導(dǎo)意義。
　　構(gòu)建微細(xì)同步超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)，包括超聲振動(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，電解和同步斬波電源的完善，電解電流測(cè)量分析裝置、磁懸浮工作臺(tái)進(jìn)給裝置、振動(dòng)幅值在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和精度測(cè)量裝置的構(gòu)建，利用自行研制的同步斬波電源，可將脈沖電解電源的“開、斷”和超聲振動(dòng)協(xié)同一致;采用

5、微細(xì)放電及微細(xì)線切割組合方法，制作多種微細(xì)工具陰極，最后完成超聲復(fù)合電加工試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建。
　　使用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)系統(tǒng)，采用低幅值、高頻脈沖電壓（小于6V）進(jìn)行基礎(chǔ)復(fù)合電加工試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上利用低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鈉電解液并摻入納米金剛石粉，對(duì)硬質(zhì)合金材料YT15、YG8和YBD151進(jìn)行超聲放電-電解加工試驗(yàn)，得出超聲振動(dòng)、微火花放電、電解作用的復(fù)合能改善極間加工狀態(tài)，進(jìn)一步提高工件成形精度及加工效率的結(jié)論。
　　最后對(duì)