超声振动车削的研究现状

对超声振动车削的特点进行详细的介绍.介绍了超声振动车削的分类方式:一维超声直线振动车削、二维超声椭圆振动车削和三维超声3D振动车削,同时论述了一维超声直线振动车削、二维超声椭圆振动车削和三维超声3D振动车削的切削原理、研究现状与应用.最后总结了超声振动车削现阶段所存在的问题并提出了今后的发展趋势.     

薄壁盘类零件超声振动车削实验研究

薄壁盘是典型的弱刚度轻量化零件,其壁厚很薄(最薄处仅0.3 mm),型面面积较大,故刚性较差。在切削过程中,切削力导致的型面变形是薄壁盘类零件加工的主要难题,传统加工方法很难得到高精度和高质量的产品。利用超声振动切削技术尝试进行弱刚度薄壁盘加工,在自行搭建的实验平台上对超声振动车削和普通车削加工薄壁盘进行对比实验。结果表明:与普通车削相比,超声振动车削可显著减小切削力和切削变形,大幅提高加工质量,同时具有断屑特性,是加工薄壁盘类零件的有效方法。     

钛合金超声振动车削数值模拟

钛合金作为一种轻型优质的结构材料,被广泛应用在航天航空等领域。同时,钛合金也是一种难加工材料,传统切削工艺难以实现钛合金高质高效加工。超声振动辅助加工是将超声信号转换为机械振动,使工件与刀具周期性分离,从而实现加工的方法。以TC4钛合金为研究对象,建立了Abaqus二维车削有限元模型,开展了普通车削与超声振动车削钛合金的数值模拟对比研究。仿真结果表明:超声振动车削钛合金可以有效减小加工过程中的平均切削力以及刀尖切削温度,且在设定的参数范围内,振幅越大,改善效果越明显。      

振动辅助切削加工技术研究现状

随着精密与超精密加工技术的不断发展和成熟,将振动辅助切削技术应用到精密与超精密加工中去已成为发展的一个必然趋势。结合国内外研究人员的研究成果,介绍了超声振动辅助切削技术的基本原理,综述了超声振动辅助切削技术的优势以及研究现状。     

二维超声振动车削6061铝合金圆筒表面粗糙度研究

目的 研究分析二维超声振动车削加工中切削参数和声学参数对6061铝合金圆筒表面粗糙度的影响。方法 结合二维超声振动特性,建立二维超声振动车削表面粗糙度理论模型,采用四因素四水平正交试验,获得二维超声振动车削6061铝合金圆筒过程中切削参数和声学参数对工件表面粗糙度的影响规律,选取其中4组进行二维超声振动车削与普通车削对比实验,并通过白光干涉仪和超景深显微镜对加工后的工件表面进行观测。结果 正交试验结果表明,切深对加工表面粗糙度的影响不明显,超声振幅、转速、进给量对加工表面粗糙度的影响程度分别为84.35%、11.36%、4.29%。超声和无超声对比实验表明,二维超声振动车削相较于普通车削能显著降低车削表面的粗糙度,最大下降率为47.65%,最小下降率为11.27%;相比于普通车削加工,二维超声振动车削表面具有均匀分布的鱼鳞状微织构。结论 加工参数对表面粗糙度影响的显著从高到低为超声振幅>转速>进给量>切深,最优加工参数为f_r=0.15 mm/r、n=400 r/min、A=2μm、a_p=0.2 mm。采用二维超声振动车削的加...     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

Ti-6Al-4V合金的超声波振动切削

超声波振动切削是使刀具在切削方向超声振动,使刀具与工件之间发生瞬间冲撞而进行切削加工的方法。它具有减小切削抗力,工件加工面光,加工热小,不生成刀瘤（积屑瘤）,可延长刀具寿命,可对难加工材进行有效加工等优点。这种方法的缺点是不能进行高速切削,且加工面残留有振动加工的痕记。目前对超声波振动切削的研究包括振动方法和加工实例的应用研究。     

超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的 研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法 超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果 通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论 与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。     

超声振动车削光整技术研究

探讨了超声车削光整加工中各工艺参数对工件表面粗糙度的影响,利用田口试验方法分析了各水平因素与试验指标之间的关系并研究了最佳的加工工艺参数组合。实验结果表明,附加超声振动进行车削加工的光整效果明显优于不加超声振动进行光整加工的效果。未附加超声振动时,对表面粗糙度影响最大的因素是转速,影响最小的是进给量。附加超声振动时,对工件表面粗糙度影响最大的因素是转速,影响最小的是压深。     

超声振动干式车削钨基合金刀具磨损行为研究

采用超声振动干式车削方法对钨基合金材料进行了切削加工试验,对比了涂层刀具及H13A刀具材料振动车削钨基合金的刀具磨损情况,并在优选刀具材料的基础上研究了切削参数、振动参数对加工尺寸精度的影响程度。实验结果表明,涂层刀具在振动车削方式下,刀尖迅速磨损,H13A刀具则表现出较佳的切削性能。H13A刀具的磨损形态主要为前刀面月牙洼磨损、粘结磨损和扩散磨损,并以正常磨损方式失效。涂层刀具则以刀尖的崩刃方式失效。     

Ultrasonic elliptical vibration transducer driven by single actuator and its application in precision cutting

The ultrasonic elliptical vibration cutting has been successfully applied to precision cutting due to its superior performances, such as low cutting force, high quality surface finish and long tool life. This paper presented an asymmetrical structural model of the ultrasonic elliptical vibration transducer with only the longitudinal excitation. Based on the modal and static analysis with finite element method, various parameters of the model were modified to meet the needs of the vibration modality and the inherent frequency. A cutting system of the ultrasonic elliptical vibration driven by single longitudinal actuator was developed and the effect of the transducer amplitude and cutting depth on the cutting force was studied in detail. A part with surface roughness of R_a 0.08 μm was achieved. The results showed that the ultrasonic elliptical vibration transducer can be designed rationally with finite element method and single driven ultrasonic elliptical vibration machining can be used in precision cutting.     

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题，将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析，找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素；设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验，研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明:与普通切削相比，二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力，减轻加工过程对刀具的冲击，提高刀具的耐用度；且在相同加工条件下，二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%，工件表面轮廓平均高度减小了40.9%，刀具的使用寿命提高了近1倍。      

Study of machining accuracy in ultrasonic elliptical vibration cutting

The cutting speeds of the tool, the rake angle and clearance angle through the cycles of elliptical vibration cutting for separating type ultrasonic elliptical vibration cutting are defined initially in the present paper. Subsequently, a theoretical model of the thrust cutting force in ultrasonic elliptical vibration cutting is proposed, and the reason of the machining accuracy improvement by applying ultrasonic elliptical vibration is clarified theoretically. Finally, the effect of ultrasonic elliptical vibration cutting on machining accuracy is verified experimentally by utilizing an ultrasonic elliptical vibration cutting system.     

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。     

Development of 3 DOF Ultrasonic Vibration Tool for Elliptical Vibration Cutting of Sculptured Surfaces

A new machining method is proposed to obtain sculptured mirror surfaces by applying elliptical vibration cutting. The tool is vibrated elliptically unlike rotated end mills and fed along the sculptured surface in the proposed method. A 3 DOF ultrasonic vibration tool is developed, which can generate an arbitrary ultrasonic elliptical vibration in the 3D space so that it is suitable to machine the 3D sculptured surfaces. A precision machine tool is also developed, and the proposed method is successfully applied to mirror surface machining of hardened die steel.     

The effect of tool geometry on regenerative instability in ultrasonic vibration cutting

Ultrasonic vibration cutting as a cutting process has been widely used in the precision machining of difficult-to-cut materials due to an enhanced cutting stability and increased productivity. The authors' previous researches have shown that chatter vibration prediction is made possible by the suggested cutting model. This paper is an attempt to determine cutting parameters based on regenerative chatter prediction in order to facilitate the machining objectives of high accuracy, high efficiency and low cost in ultrasonic vibration cutting. The machinability of SCM440 steel, called typical hardened steel, is investigated theoretically and experimentally. The cutting model is developed by introducing an experimental cutting database of SCM440 steel. The simulation and experimental results show that the workpiece material parameter has a direct influence on the occurrence of regenerative chatter. In order to achieve the chatter-suppressing dynamics in hard ultrasonic vibration cutting, a stability diagram is predicted based on the simulated work displacement for tool geometry changing. The stability diagram indicates that the regions of the chatter-suppressing dynamics expand with increasing tool rake angle and decreasing tool clearance angle. It is also found from the predictive results that regenerative chatter can be suppressed by a change of tool geometry. The determined tool geometry with the aid of the computer simulation is demonstrated through actual data of ultrasonic vibration cutting. By the use of the designed tool geometry, a good experimental result is achieved.     

旋转超声辅助加工装置及其工艺研究

基于传统超声振动理论,提出了一种新型旋转超声辅助加工装置。该装置将超声振动与负载匹配二者相结合,具备旋转超声辅助加工硬脆材料的能力。利用该装置对微波铁氧体材料进行旋转超声辅助钻削加工试验研究,验证了旋转超声辅助磨削可有效降低加工过程中的切削力。同时,在保证刀具和材料安全的前提下,探索了旋转超声辅助加工装置对加工效率的影响。     

超声加工技术的研究现状及其发展趋势

结合近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声振动系统的研究进展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用,并阐述了超声加工技术的发展趋势.