在频率跟踪后引起振动切削过程中振幅衰减的主要原因分析

为克服振幅衰减对超声振动切削的影响,揭示振幅衰减的内在原因,进一步扩大超声振动切削的应用领域,本文通过实验研究和理论分析,明确了在振动加工中由载荷增加而引起的功率动态分配也是超声波振幅逐渐衰减的一个重要原因,并从功率分配的角度,通过理论分析得出了二者的数学表达式,解释了实验结果,同时分析了该实验的合理性,给出了几种解决方案,并提出了用神经网络分析振动切削力的思想.实验结果最终表明:在采用频率跟踪后,超声振动加工中的振幅衰减主要来源于功率分配.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式. 进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等. 分析4.5 μm和10.0 μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用“切深递减”同时结合横向进给的工艺方法. 实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍. 与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度. 采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.     

多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明：超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。     

陶瓷材料超声铣磨加工的实验研究

对陶瓷材料的超声铣磨加工系统的结构与工作原理进行分析,并采用超声振动实验系统对陶瓷材料进行超声磨削加工正交实验,研究不同工艺参数对超声加工陶瓷材料表面粗糙度的影响。实验表明:与传统机械加工相比,超声加工能够使工件的表面粗糙度值降低;当振幅最大、主轴转速最大、进给速度最小、切深最小时,得到的加工表面粗糙度值最小;加工参数对粗糙度值影响大小依次为:进给速度、主轴转速、振幅和切削深度。     

切削速度及刀具前角对加工振动影响的探讨

本文对金属切削中不同切削速度情况下刀具前角对切削振动的影响做了大量的实验,并进行了相应的理论分析。其结果表明:随着刀具前角的增加,切削加工振动的振幅逐渐减小:当刀具前角γ_0<0°时,其单向最大振幅发生在v=50～70m/min,当γ_0≥0°时,其单向最大振幅发生在v=160～180m/min。同时还对高速精加工时如何避开振幅最大区域,确保加工质量问题提出了防范措施。     

超声振动金刚石切削黑色金属研究

叙述了超声振动金刚石切削黑色金属的实验结果，并分析了超声振动金刚石切削黑色金属的机理与可行性，结果表明，在切削速度方向对刀具施加４０ｋＨｚ的振动，解决了金刚石的严重磨损问题并获得了超精密加工表面。     

超声振动辅助微细铣削工件动态位移分析

为了探索改善微细铣削加工条件、提高微细铣削加工精度的新途径,研究了利用超声振动辅助微细铣削对工件动态变化的影响.计算分析了普通铣削和超声振动辅助铣削加工时主切削力波形特点,建立了刀具/工件振动系统模型,理论计算了施加超声振动前后工件的动态位移,并以2A12为实验材料进行了铣槽实验验证.理论分析和实验结果表明,进给方向超声振动辅助微细铣削可以获得近似脉冲状的切削力,获得均匀细小的切屑,同时减小工件在切削加工中的动态变化,有助于提高加工尺寸精度.     

石英玻璃超声振动磨削加工技术研究

石英玻璃具有的优异性能被广泛应用在多个领域,但是由于其自身具有很高的抗压强度及抗剪强度,导致在机械加工时,容易产生脆性断裂和加工缺陷。系统地分析了单颗粒磨粒的运动状态及脆性/塑性的去除率模型;通过单因素实验来验证加工参数(主轴转速,进给速度,切削深度,超声振动振幅)对石英玻璃表面粗糙度和表面形貌的影响;同时分析了加工参数对磨削力变化的影响。并且对比分析了微磨棒在超声振动加工过程中的磨损状态,发现磨棒在磨削加工中有三种状态:初始磨损状态、稳定磨损状态、急剧磨损状态,当磨棒处于急剧磨损状态时,会对加工表面产生严重的影响并且导致切削力和切削温度的增大。结果表明在一定程度上对超声振动磨削加工具有借鉴意义。     

锚具夹片超声振动切削的研究

基于振动切削机理,针对锚具夹片精加工存在的问题,研究将超声振动切削用于夹片加工,并通过实验分析表明,不仅保证加工质量,还提高加工效率、减轻劳动强度和降低产品成本等。     

大功率超声振动拉拔钛合金丝材的实验研究

为促进超声振动拉丝技术的实际应用,解决难拉拔材料的丝材加工问题,建立1套大功率超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆、拉丝模、拉丝机等组成。通过对钛合金丝材未经预处理的直接拉拔实验,考察在实际拉丝加工过程中,超声振动对拉拔力和丝表面质量的影响。实验结果表明：当振幅达到一定值后,能使拉丝机的张力调节周期延长3倍以上,有效减少丝材的不均匀变形,使拉丝过程趋于稳定;当拉拔速度为670mm／s时,可使拉拔力减小近15％,改善丝材的表面质量。     

超声振动辅助微小孔高速钻削技术研究

结合高速钻削和超声振动钻削优点,自行研制出超声振动辅助高速钻削机床。利用该机床,通过实验对比超声振动辅助高速钻削和普通钻削条件下加工工件的孔扩量、表面粗糙度和出孔、入孔毛刺等参数,研究评价超声振动辅助高速钻削性能。实验结果表明,相对于普通钻削,超声振动辅助高速钻削可实现φ0.1mm、深径比大于10的微细深孔加工,实验结果证明了理论与实验分析的正确性。     

Comprehensive modeling approach of axial ultrasonic vibration grinding force

The theoretical model of axial ultrasonic vibration grinding force is built on the basis of a mathematical model of cutting deforming force deduced from the assumptions of thickness of the undeformed debris under Rayleigh distribution and a mathematical model of friction based on the theoretical analysis of relative sliding velocity of abrasive and workpiece. Then, the coefficients of the ultrasonic vibration grinding force model are calculated through analysis of nonlinear regression of the theoretical model by using MATLAB, and the law of influence of grinding depth, workpiece speed, frequency and amplitude of the mill on the grinding force is summarized after applying the model to analyze the ultrasonic grinding force. The result of the above-mentioned law shows that the grinding force decreases as frequency and amplitude increase, while increases as grinding depth and workpiece speed increase; the maximum relative error of prediction and experimental values of the normal grinding force is 11.47% and its average relative error is 5.41%; the maximum relative error of the tangential grinding force is 10.14% and its average relative error is 4.29%. The result of employing regression equation to predict ultrasonic grinding force approximates to the experimental data, therefore the accuracy and reliability of the model is verified.     

TH5650铣削加工中心变参数切削振动控制

为了对数控铣削加工中心的切削振动进行有效控制,通过变参数切削实验,采用对振动信号进行时域和频域分析以及对机床数控系统访问等方法,得出了不同切削参数下切削振动信号时域与频域特性的变化规律.利用振动信号的均方根值、幅值谱和主轴电机功率进行变参数切削控制,得出了切削振动控制策略.通过有效改变机床主轴转速和进给速度的方法使振动得到控制,利用切削参数自适应技术实现了对数控机床切削振动的控制.通过实验验证了控制效果良好.     

超声旋转加工实验研究

研究了在超声加工中辅以旋转运动后,可以较大地提高材料的去除率,并通过SEM分析在超声加工中提高材料去除率的原因,不仅是公认的改善了磨料循环方式和使排屑通畅,而且还有磨料的复合作用等加速了工件上裂纹的形成与扩展。     

超声振动辅助微镦粗仿真及试验研究

为改善材料塑性,降低微镦粗成形力,延长模具寿命,提高微镦粗成形质量,开展了超声振动辅助微镦粗研究.对紫铜超声振动辅助微墩粗进行建模仿真,研究超声参数对微墩粗成形力、试件变形的作用规律;搭建超声振动辅助微成形平台并进行试验,获取不同超声功率下紫铜微镦粗成形力曲线和成形件表面形貌、尺寸等参数.仿真结果表明:超声振动使微镦粗成形力降低,试件变形增大,且成形力降低量、试件变形增大量与超声振幅成正线性关系,与超声频率成非线性正相关.试验结果表明:超声功率越大,微镦粗成形力降低值越大;超声功率小于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越平整;超声功率大于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越粗糙;超声功率小于1.8 kW,超声功率越大,成形件鼓形越小,成形越均匀;超声功率达到1.8 kW后,成形件变形集中在两端,微镦粗成形严重不均匀.仿真和试验研究表明,超声振动可以降低微镦粗成形力,加速材料塑性变形,提高微镦粗成形效率,改善成形件表面形貌,减小微镦粗鼓形并提高微镦粗均匀性.     

Ultrasonic attenuation model for measuring particle size and inverse calculation of particle size distribution in mineral slurries

1 INTRODUCTIONAcritical requirement for achieving i mprovedgrinding control is on-line particle size analysis .Grinding to a finer size than necessary results inreduced throughput , higher energy costs and in-creased consumption of milliners , grinding mediaand reagent . Too coarse grind results in notenough separation of the valuable minerals fromwaste and reduced recovery of the valuable miner-als .I mproving grinding control is beneficial toi m-proving milling efficiency , stable opera…     

Fuzzy control on automatic frequency tracking of ultrasonic vibration system with high power and high quality factor Q

In order to realize automatic tracking drift of resonance frequency of ultrasonic vibration system with high power and high quality factor Q,adaptive fuzzy control was studied with a self-fabricated ultrasonic plastic welding machine.At first,relations between amplitude of vibration and frequency as well as main loop current and amplitude of vibration were analyzed.From this analysis,we deduced that frequency tracking process of the vibration system can be concluded as an optimizing problem of one dimensional fluctuant extremum of main loop current in vibration system.Then a method of self-optimizing fuzzy control,used for the realization of automatic frequency tracking in vibration system,is presented on the basis of self-optimizing adaptive control approach and fuzzy control approach.The result of experiments shows that the fuzzy self-optimizing method can solve the problem of tracking frequency drift very well.Response time of tracking in the system is less than 50 ms,which basically meets the requirements of frequency tracking in ultrasonic plastic welding machine.