三維超聲切削工作頭的研究.pdf

1、隨著航空航天、半導(dǎo)體以及電子工程的迅速發(fā)展，如晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等具有優(yōu)良性能的硬脆性材料得到廣泛應(yīng)用，但是這些材料在加工過程中卻遇到了很大的挑戰(zhàn)，普通的加工方法難以達到理想的加工效果，硬脆性材料的高精度三維微加工技術(shù)更是成為當今制造業(yè)一個重要的研究課題，超聲振動切削技術(shù)已經(jīng)被證明是一種很有發(fā)展前景的加工方法，它可以有效的降低切削力、減少切削熱、提高加工精度、減低表面粗糙度、延長刀具使用壽命。
　　超聲振動切削是在普通切削

2、刀具上附加高頻的微小振動，使刀尖產(chǎn)生往復(fù)運動，適當?shù)恼{(diào)節(jié)切削速度、刀具的振幅和振動頻率，刀具將周期性的與切屑或者整個工件發(fā)生分離。國內(nèi)外學(xué)者對超聲振動切削和超聲橢圓振動切削技術(shù)進行了大量的研究，取得了很好的加工效果，而對三維超聲振動切削技術(shù)的研究卻很有限，理論尚不成熟、裝置類型也比較單一，基于這種狀況，本文設(shè)計了一種三維超聲切削工作頭，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，對壓電材料的基本理論進行了研究，分析了壓電堆的工作原理和基本性能，

3、設(shè)計出相應(yīng)的壓電堆結(jié)構(gòu)，以此作為三維超聲切削工作頭的動力源。
　　其次，對超聲振動切削的加工機理進行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上建立工作頭的三維模型，并對工作頭結(jié)構(gòu)進行了粗略的運動分析和仿真，利用ABAQUS軟件對工作頭結(jié)構(gòu)進行了動力學(xué)分析，得到工作頭結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，根據(jù)分析結(jié)果對工作頭進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提高其第一階固有頻率。
　　最后，對金屬切削過程進行了有限元仿真，得出并對比了三維超聲振動切削與普通切削的加工效果，驗證了三