超声振动磨削振子的仿真与实验研究

设计了一种超声振动磨削振子,基于有限元分析方法对超声振动磨削振子进行了模态、谐响应仿真分析,并通过对加工装配好的超声振动磨削振子进行阻抗测试和振动特性测试实验,验证了有限元仿真结果的有效性。     

单晶硅二维超声振动辅助磨削技术的实现

基于超声振动磨削能有效提高加工效率及加工表面质量的特性,通过设计具有伸缩和弯曲两种模态的压电陶瓷椭圆振子,实现了单晶硅二维椭圆振动磨削技术。对超声振子的振动特性进行检测,证实改变压电陶瓷两电极之间的交流信号相位差和电压幅值,可得到不同形状和振幅的椭圆振动。对单晶硅进行超声磨削与普通磨削的对比试验,结果表明二维振动磨削的磨削力大幅降低,表面粗糙度显著减小,表面质量明显提高,加工表面延性域去除比例增加。从而证实二维超声振动磨削方法能够实现高效率高质量单晶硅加工。     

基于ANSYS的圆形压电振子的仿真分析与研究

利用ANSYS软件建立了压电振子的有限元模型,对圆形压电振子的基板和压电陶瓷片的材料参数、结构参数对其变形的影响进行了分析和对比,根据仿真结果,确定了作为泵腔动力元件的圆形压电振子的参数。对选定的圆形压电振子进行了静态特性、阻抗特性和幅频特性的实验测试,研究了不同波形、不同电压、不同频率驱动信号对振子变形的影响。通过对比实验测试结果和有限元仿真结果,验证了有限元模型的可靠性,为优化压电晶片驱动器结构参数提供了有效的方法。     

超声内圆磨削系统新型振子的仿真和实验研究

基于超声振动内圆磨削系统中由超声换能器、变幅杆及工具构成的振子在设计制造中出现的问题,提出了一种新型整体式振子设计方法.使用有限元分析软件对该新型振子模型进行了模态、谐响应仿真分析研究,并通过阻抗分析仪和激光多普勒测振仪对加工的振子样件进行了测试实验,验证了有限元仿真结果的正确性和新型整体式振子设计方法的可行性.     

双接触面行波超声电机振子的有限元分析

分析了双接触面振子的工作原理,针对多种结构形式的双接触面旋转行波超声电动机振子进行了有限元分析。对振子的输出振幅进行了谐波分析,确定了振子的结构形式。仿真结果表明振子内圈固定方式电机性能优于外圈固定方式;振子外径相同时,压电陶瓷片贴于齿环内侧电机性能优于贴于齿环外侧。     

低压驱动V形直线超声电机的设计

针对传统V形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压V形直线超声电机.在对V形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的V形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性.实验...     

用于超声电火花复合加工的压电振子优化设计与实验

提出一种用于超声电火花复合加工的压电振子,并对该振子进行研究.使用有限元分析方法对该压电振子进行计算,通过对压电振子的结构参数动态优化,使其具有合适的纵振模态和频率、驱动端具有较大振幅、陶瓷片和安装盘位于合适位置,从而满足超声电火花复合加工要求.最后进行压电振子动态特性实验,分析结果与实验结果基本符合.     

非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子研究

采用在变幅杆上开槽的方式设计了一种非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子,利用有限元分析软件ANSYS对该振子进行了结构动力学分析,并对其样机进行了阻抗测试和动态特性测试,验证了其单激励超声椭圆振动效果和车削系统设计方案的可行性.     

Al2O3/TiC陶瓷材料超声辅助微磨削的磨削力试验研究

基于超声辅助微磨削加工对Al_2O_3/TiC陶瓷材料进行微磨削试验,并与传统微磨削技术进行对比。利用单因素分析法研究Al_2O_3/TiC陶瓷材料的磨削力随超声振幅、磨削砂轮转速、磨削深度、进给速度等工艺参数的变化规律,为提高加工质量和合理选择加工参数提供依据。结果表明:超声波辅助微磨削试验获得了不同磨削参数下磨削力的变化规律,磨削力随超声波振幅、主轴转速的增大而减小,随磨削深度、工件进给速度的增大而增大;在相同工艺参数下,相比传统微磨削加工,超声辅助微磨削Al_2O_3/TiC陶瓷材料可以有效降低磨削力;在保证工件加工表面质量的前提下,超声辅助微磨削加工可以采用较大的磨削深度和磨削速度,有助于提高材料的去除率和加工效率,试验还得出加工Al_2O_3/TiC陶瓷材料的最优参数组合。     

基于灰色关联分析方法和熵权法的纵扭超声振动螺旋磨削制孔工艺参数优化

为优化纵扭超声振动辅助螺旋磨削制孔工艺参数和提高加工性能,以氧化锆陶瓷为研究对象,选取螺距、螺旋进给速度、主轴转速和超声振幅为工艺参数,设计了四因素三水平正交试验,并测量其磨削力、孔壁表面粗糙度和孔底表面粗糙度;借助灰色关联分析方法和熵权法得到最优工艺参数为螺距3.5μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速20000r/min,超声振幅6μm;螺距、超声振幅、主轴转速、螺旋进给速度对灰色关联度的影响程度依次降低。建立了灰色关联度、目标参数与工艺参数的经验预测模型,得到最优工艺参数为螺距3.0μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速22000r/min,超声振幅6μm;孔壁和孔底的表面粗糙度分别为0.12789μm和0.38137μm,磨削力为9.482N,且关联度略优于正交试验最大关联度。     

多频率超声振动磨削力分析及实验研究

对纳米复相陶瓷在多频率超声振动条件下的磨削力进行了理论分析,并对在不同磨削参数下的磨削力进行了实验研究。实验结果表明,在不同的超声振动磨削参数下,磨削力都随着频率的增加而减小。通过理论分析与实验结果的比较,发现该模型的理论预测与实验结果吻合。     

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明：与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。     

陶瓷材料超声波辅助蠕动磨削工艺参数优选试验研究

为探索利用小直径磨轮对陶瓷叶片型面进行数控展成型面超声磨削,通过对Al2O3陶瓷进行蠕动磨削和超声波辅助蠕动磨削对比试验研究,分析各加工参数对磨削表面质量的影响规律,优选工艺参数.结果表明:蠕动磨削和超声波辅助蠕动磨削所获得较低表面粗糙度值的优选工艺磨削参数均相同,但工艺参数对加工表面粗糙度的影响顺序不同;工艺参数对表面粗糙度的影响规律均相同,且存在着最优工艺参数,但在相同的工艺参数下,蠕动磨削所获得的表面粗糙度值一般均低于超声波辅助蠕动磨削.     

硅片边缘超声振动抛光实验装置的研究

研制一种新型硅片边缘超声振动抛光装置,利用抛光振子超声振动所产生的能量对硅片边缘倒角斜面进行抛光加工,以达到提高硅片边缘表面质量的目的。抛光振子的工作面与硅片一侧的整个倒角斜面完全接触,并且能够实现不同工艺条件下的抛光实验。实验装置由抛光振子、振子的固定装夹装置、硅片的定位安装装置以及抛光压力和抛光液供给系统组成。抛光振子由超声电机的振子改造而成,根据硅片尺寸及硅片边缘倒角斜面的角度确定抛光振子工作面的角度,利用ANSYS软件对振子进行有限元分析,并对加工后振子进行了实际测试。该实验装置能够实现硅片与抛光振子之间无宏观相对转动的实验,又能对抛光时间、抛光转速、抛光压力,抛光液流量等工艺参数进行控制,进而研究不同参数对抛光实验的影响。     

低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计

针对传统Ⅴ形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压Ⅴ形直线超声电机。在对Ⅴ形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的Ⅴ形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性。实验结果表明:电机的驱动频率位于36～38 kHz,在37 kHz,50 Vpp的驱动电压激励下,其最大输出力为25.8 N,最高空载速度为1.221 m/s,可在低压驱动下输出大推力,直线超声电机的驱动性能得到了提高。     

悬臂梁双压电晶片振子发电性能研究

以双压电晶片振子为研究对象,对悬臂梁式双压电晶片振子在正压电效应下电压输出特性进行了有限元分析与试验研究,给出了压电晶片在悬臂梁上的最佳粘贴位置,并且利用有限元分析软件建立了悬臂梁双压电晶片振子的有限元模型,进行了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子输出电压影响规律的仿真分析;利用压电陶瓷发电能力测试系统进行了试验测试,通过仿真和试验结果对比分析,得出了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子发电的输出电压影响规律。     

高速电主轴用陶瓷轴承套圈内表面磨削试验研究

采用金刚石砂轮对热等静压氮化硅(HIPSN)陶瓷轴承套圈进行精密磨削试验,通过磨削表面粗糙度和扫描电子显微镜(SEM)照片,分析不同磨削参数对工件磨削表面质量的影响,获得陶瓷轴承套圈内表面精密磨削加工的最佳工艺参数.试验还进行了磨削过程中磨削力的测试和比磨削能的计算,分析了陶瓷材料的去除机理.     

基于虚拟仪器的超声磨削振动特性实验研究

虚拟仪器可利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理,所以采用虚拟仪器技术对磨削在线加工进行测试,以Labview为开发平台,建立磨削住线加工的振动信号测试系统,从而分析超声振动磨削特性。本文对纳米复相陶瓷材料振动特性进行实验研究,得出如下结论：超声振动频率始终保持在20．923kHz左右,超声振动的振幅随着所加功率的增大而增大;功率对超声振动的振幅影响较大,相同功率下系统实际振动振幅比理论值小。     

旋转超声磨边机床设计与实验研究

为探究旋转超声磨边在瓷砖加工中的应用,使用ANSYS软件对旋转超声磨边机床的超声振子进行模态分析,发现谐振时工具头把纵向振动分解为纵向和径向振动.搭建了旋转超声磨边机床,包括旋转超声磨边主轴和四轴运动测试平台.并且使用机床研究了有无超声情况下主轴转速和进给速度对轴向磨削力的影响.结果表明:在瓷砖磨边过程中,低主轴转速下添加超声振动可减小轴向磨削力;不同进给速度下,旋转超声磨边的轴向磨削力比传统磨边小.     

超声辅助磨削后纳米ZrO_2陶瓷的表面残余应力

在自行研制的二维超声辅助磨削系统下对纳米ZrO2陶瓷进行了磨削加工,采用X射线衍射仪对其表面残余应力进行了测试,研究了磨削参数对其残余应力的影响,并与普通磨削后的表面残余应力进行了比较。结果表明:两种磨削方式下表面残余应力皆为压应力,且随着磨削深度的增大,两种磨削方式下表面残余应力均呈现出减小趋势,但超声辅助磨削后表面残余压应力的减小趋势较普通的缓慢;相同条件下,超声辅助磨削后表面残余压应力大于普通磨削的;其他参数不变,随着砂轮磨料尺寸的增大,两种磨削方式的表面残余压应力都呈上升趋势。