超声波振动切削装置研制中的几个问题

简要介绍超声波振动切削装置用发生器的性能特点及对策,给出弯曲振动杆的一种最简便的准确算法——回归公式法,简述了谐振系统元、部件的一些测试方法和装置调试方法。     

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。     

一种用于精密振动切削的超声振子的设计与实验研究

精密超声振动切削是一种特种加工方法,对这种切削加工方法的研究工作在国内正处于快速发展阶段,为了能解决其中振动产生的问题并实现精密加工的要求,研制了用于精密数控车床上的超声振子,其中换能器采用压电夹心式结构,变幅杆采用复合式结构,其功能是产生满足切削加工要求的超声振动,并通过仿真与实验的方法验证了设计的变幅杆的性能满足切削加工的要求.最后,进行了精密切削实验,并进行了加入超声振动后与不加振动的车削工件表面粗糙度值的研究,得出超声车削出的工件表面质量优于普通车削.     

超声波振动车刀在负载状态下振幅和频率的变化

前言超声波振动切削是一种切削加工的新工艺。国内外的研究和实践表明:Z向超声波振动切削具有减小切削力、变形系数、摩擦系数和刀具磨损;消除或减少切削振动、积屑瘤、毛刺和烧伤;改善已加工表面光洁度、精度、残余应力和加工硬化等效果。而这些效果是在刀具的切削刃产生一定振幅和频率的超声波振动时才明显存在。具体说来就是Z向(主运动方向)振动切削的速度系数K必须小于1。K值越小上述效果越明显。     

基于超声搅拌摩擦焊的变幅杆设计与仿真研究

超声搅拌摩擦焊接装置有助于解决搅拌摩擦焊技术在厚板焊接上的难题,变幅杆能将换能器输出端只有几个μm的超声振动放大至实际需要的几十至几百μm数量级,并带动搅棒针作超声波振动.为满足不同形状变幅杆的设计,导出了变截面变幅杆的振速分布函数和应力分布函数,设计了超声搅拌摩擦焊变副杆,并利用MATLAB进行了数值仿真计算,仿真结果表明:在变幅杆输出端(X=160 mm)附近,振动速度达到最大值,整个超声系统的前后端振速比约为10倍,满足实际应用的要求.     

超声波椭圆振动切削研究

通过对纵向振动变幅杆的研究,提出了一种新型的以两个相互垂直方向同时激励的超声波椭圆振动切削系统的结构,分析了实现振动方式转换的机理,利用MATLAB对结构中刀尖轨迹进行分析,并利用有限元分析方法对变幅杆结构进行动力学分析.     

超声加工振动系统设计的若干问题

本文讨论应用于超声加工的压电换能器的设计问题,简介几种常用的超声变幅杆,并提出两种新型变幅杆的设计方法。一、引言超声加工是功率超声应用中比较早用于生产的技术之一,国内外已有广泛的应用。超声加工设备中的关键部件是超声换能器及变幅杆(包括传振杆),加上加工工具一般统称为超声振动系统(见图1),其主要作用是把电能转换为声能并依特定要求传送到加工区域。     

应用了超声波扭转振动的切削、孔加工

约在40年前,曾有关于在工件与刀具间施加振动后大幅度地减少切削阻力的报道.时至今日,利用了挠性振动及纵向振动的振动切削装置或微小振幅的扭转复合振动设备已经问世,但是实际应用时存在若干问题.日本富士工业公司为克服这类问题,进行高频且高输出的扭转振动系统的开发,使振动传递性好、且具有高刚性、有效利用振动特性的振动切削装置投入了实际应用.下面介绍利用27kHz扭转振动的超声波切削装置及若干加工实例. 　　……     

超声切削系统谐振与稳速技术

谐振跟踪和振速稳定是关系到超声切削技术的实用化水平而必需解决的问题。本文介绍了一种超声切削用具有稳速及频率自动跟踪性能的超声波发生器的原理及电路组成。通过振动切削实验，结果表明所研制的系统能够满足实际使用需要。     

超声波振动切削加工面和刀具磨损面的SEM分析

以电子显微技术（ＳＥＭ）对超声波振动车削加工表面和刀具磨损面进行了分析研究。从超声能量在振动切削过程中的作用、切削区域材料变形与位错及切屑分离方式、刀具磨损特点及磨损面模式等几方面对超声振动切削机制进行了探讨。     

超声波振动切削加工面和刀具磨损面的SEM分析

以电子显微技术对超声波振动车削加工表面和刀具磨损面进行了分析研究，从超声能量在振动切削过程中的作用，切削区域材料变形与位错及切屑分离方式，刀具磨损特点及磨损面模式等几方面对超声振动切削机制进行了探讨。     

超声波椭圆振动装置设计及其振动特性控制

基于PZT-8陶瓷晶片的压电效应和超声波声学特性,设计制造了超声波换能器和变幅杆。根据椭圆轨迹形成机理,搭建了超声波椭圆振动装置,分析了两相激励电压值和相位差与椭圆形状的关系。实验与测试结果表明:超声振子的谐振频率符合设计要求,单向振动轨迹为正弦谐振曲线,两振动系统运动叠加形成椭圆轨迹;根据特定加工条件调整装置激励电压和相位差,可控制椭圆振动轨迹的形状。     

减振合金的开发和应用

Fe-Al减振合金在切削刀具上的应用 妨碍切削加工高效率化和高精度化的一个重要原因,便是在切削过程中刀具所产生的振动,特别是车床镗孔加工时使用的镗杆,其形状细长且刚性较低因而很容易发生振动,所以解决在镗削加工时抑制振动的方法历来都是一个重要课题.     

超声切削系统谐振与稳速技术

谐振跟踪和振速稳定是关系到超声切削技术的实用化水平而必需解决的问题。本文介绍了一种超声切削用量有稳速及频率自动跟踪性能的超声波发生器的原理及电路组成。通过振动切削实验，结果表明所研制的系统能够满足实际使用需要。     

基于模态分析的高速铣削主轴转速选择

分析了高速铣削的特点以及切削加工中的振动现象,研究了高速切削和普通切削中的工件振动对加工精度的影响程度,提出了在高速铣削情形下工件振动会影响加工精度的假设。然后采用振动力学中的谐响应方法分析了铣削加工中工件振动的简化模型,研究了工件在刀具作用力下的振动情形;并通过有限元分析软件进行实例仿真,结果表明在高速切削情况下工件的振动会影响要求较高的加工质量。最后,给出了利用模态分析来优化主轴转速的方法,为高速切削情况下减小振动、提高加工质量提供了一种途径。     

基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计

针对传统的玻璃钢罐体人工开孔方式存在开孔效率低、定位精度低差、开孔质量低等问题,设计一种针对GFRP罐体侧壁开孔的旋转超声加工系统。系统包含工件的输送、装夹、旋转超声主轴、进给驱动和刀具位置调整等部分,重点介绍旋转超声主轴和进给系统。运用有限元法设计带有开孔器的变幅杆,获得满足谐振频率的变幅杆结构,并通过有限元软件对带有开孔器的变幅杆进行谐响应分析,发现刀具振动方向以轴向为主且振动幅度满足要求。     

开斜槽纵－扭复合振动阶梯形变幅杆设计

基于声波传播基本理论,探讨了单激励下斜槽传振杆实现纵-扭复合振动的机制。采用有限元分析方法研究了阶梯形复合变幅杆结构尺寸对其固有频率的影响规律,设计出了谐振频率在20 k Hz左右的纵-扭复合振动变幅杆。研究结果表明:谐振频率为20 498 Hz时该变幅杆能在纵向振动单激励下实现纵-扭复合振动,且振幅呈周期性变化。此研究结果可应用于超声纵-扭复合振动加工声学系统的设计。     

圆柱指数型复合型变幅杆的动力学分析

超声波加工中的变幅杆能放大振幅,并将声能有效传递至工具头。为使变幅杆工作有效、可靠,进而提高零件加工的精度和效率,变幅杆必须具有良好的动态特性。由于复合型变幅杆的截面复杂,用解析法无法进行求解计算,而有限元方法能较好地解决该问题。通过模态分析并利用ANSYS有限元软件,对复合型变幅杆进行动力学分析,最终找出了最佳振动形态的工作频率。     

超声辅助微细磨料水射流加工装置的研制及实验研究

为了提高磨料水射流的加工性能,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统,磨料供给采用前混合方式。超声喷嘴装置是该系统的关键,并研究了其加工机理,利用超声振动产生具有空化效应的脉冲水射流,通过脉冲射流的高强度动压力作用和空化作用以提高磨料水射流的加工能力。变幅杆是超声装置的核心部件,通过有限元分析验证变幅杆的性能,确保变幅杆能够有效且准确地工作。冲蚀实验证明:超声振动作用可以提高冲击力及材料去除率。然而,随着振幅的增加,表面质量下降。     

自激振动切削在销孔加工中的应用

自激式振动切削,是近几年来兴起的一种以动制动的新型加工方法。它以自身固有的振动、刀具的振动及工件的振动相抵消,从而达到降低或消除工件振动所带来的加工误差。本文介绍的是自激式振动切削在压气机活塞销孔精镗工序上的应用。精镗销孔是活塞加工中关键工序之一。由于销孔尺寸、形状、位置精度及光洁度要求都很高,采用传统的加工方法加工的产品精度低、质量不稳定、废品率高、辅助时间长。在试验研究的基础上,我们大胆地采用自激式振动切削法加工活塞销孔,并取得了较满意的结果。图1所示为精镗销孔示意图。镗刀杆是用65Mn材质加工而成,将刀杆前端挖空,装上