一种新型纵扭复合超声振动系统的研究

提出了一种新型纵扭复合超声振动系统的设计方法,并应用有限元软件对其正确性进行仿真验证。利用矩阵传输理论得出了指数过渡变幅杆的纵扭共振频率方程及放大倍数,其间利用MATLAB软件对此频率方程进行了求解;然后通过对圆棒中有纵扭复合振动时的应力状况进行分析,得出了一种新型的纵扭同频激励方式。按此法设计纵扭复合超声振动系统,并应用有限元软件ANSYS进行模态分析与瞬态动力学分析。结果表明:有限元分析与理论计算结果吻合较好。     

机器人纵振与纵扭超声铣削稳定性对比研究

针对工业机器人铣削大型航天器舱体支架存在颤振严重导致铣削平面度较低的问题,提出了机器人纵扭超声铣削新方法.分析了纵扭超声铣削刀尖运动轨迹,对比分析了机器人一维纵向超声铣削与机器人纵扭超声铣削的稳定域,并开展了两者的铣削力和铣削表面接刀痕对比试验.计算和试验结果显示:机器人纵扭超声铣削稳定域较机器人一维纵向超声铣削提升了 46.7％,各种工况下的铣削力平均降幅达到了 24.7％.同时,高频扭转振动的摄入使得机器人一维纵向超声铣削表面接刀痕高度差降低了 48.7％.上述结论为大型航天器舱体支架的机器人高精高效加工提供了技术基础.     

圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现

为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。     

超声纵扭辅助铣削TiAl合金表面质量及刀具磨损研究

TiAl合金属于典型难加工材料,采用传统方式加工难以获得良好的表面质量,因此文章提出采用超声纵扭辅助铣削TiAl合金。试验采用单因素对照方法,研究了超声纵扭铣削（ULTM）与普通铣削（CM）加工TiAl合金时工艺参数对表面粗糙度、表面形貌及显微硬度的影响规律。研究结果表明,ULTM铣削可以改善TiAl合金的表面粗糙度,获得普遍较低的粗糙度值（Ra<0.6μm）;ULTM对TiAl合金表面硬化具有强化作用,能使表面硬度平均提升超过10%,并且采用ULTM加工得到的工件和切屑表面质量都较好。此外,铣削150 mm3的TiAl合金时发现ULTM的刀具底刃磨损量明显减小,刀具主要发生氧化磨损和扩散磨损。     

超声纵-扭复合空心变幅杆的振动特性分析

超声纵-扭复合振动加工具有加工效率高、切削力及切削热量较低、可降低刀具磨损等优势,而纵-扭复合空心变幅杆可提供较好的冷却和排屑效果。利用四端网络法设计了圆锥过渡空心复合变幅杆,在其锥面开设螺旋沟槽作为"模态转换器",从而在变幅杆末端成功输出纵-扭复合振动。通过有限元仿真探究了螺旋沟槽数目n、螺旋沟槽角度θ及沟槽槽宽w对谐振频率f的影响规律及敏感度,结合中心孔直径d对变幅杆节点位置、谐振频率f、放大倍数m、扭纵分量比i等的影响规律,针对开设沟槽后频率偏移问题,提出一种谐振频率修正方法,并设计试验进行了验证。     

非均匀介质超声铣削系统振动特性研究

采用纵扭复合超声振动铣削进行加工时,由于加工中心等空间受限场合对超声振动系统的尺寸限制,利用四分之一波长理论设计集换能器和复合变幅杆为一体的非均匀介质超声振动变幅系统,在变幅杆部分设计螺旋槽结构实现纵扭共振,并研究纵扭模态转换理论。对非均匀介质变幅系统进行有限元分析,仿真结果表明纵振系统固有频率理论值与仿真值接近,偏差仅为0.245%;对螺旋槽结构进行仿真发现槽深对其对超声变幅系统固有频率、扭纵幅值比例影响较大,螺旋角的影响次之,槽宽影响最小,振动系统测试实验表明固有频率和扭纵幅值比的仿真结果与实验结果变化趋势一致。分别对TC4钛合金和C/C碳纤维进行纵扭超声振动铣削和传统铣削实验对比,结果显示相对于传统铣削,在纵扭超声振动铣削加工中两组材料表面粗糙度值Ra分别下降78%和47%。纵扭复合非均匀介质超声振动铣削系统结构简单紧凑、振动幅值和方向可控性较好,采用纵扭超声振动铣削能有效提高工件表面加工质量。     

电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金纵扭复合超声振动干铣削加工特性研究

对电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金进行纵扭超声复合干铣削加工特性试验研究,探讨超声铣削工艺参数对切削力、表面形貌、加工硬化及刀具磨损等AlMgSc合金干铣削成形特性的影响规律。结果表明：与锻造和常规电弧增材成形铝合金相比,微铸锻增材制造AlMgSc合金由于具备更加致密的微观组织、更高的强度和硬度而在超声干铣削成形过程中会产生更大的铣削力,更容易发生加工硬化。与常规干铣削相比,采用纵扭复合超声干铣削可以获得更小的表面粗糙度,并有利于减轻刀具磨损。     

圆环斜槽传振杆的纵扭振动转换

工具的复合振动在切削和焊接加工中能得到优于单向振动输出模态加工的质量,并可大幅提高加工效率和延长工具寿命.利用圆环斜槽传振杆可使单向模态的纵振换能器实现超声纵扭共振模态的输出.这种方法结构简单、使用方便,并具有很高的转换效率.研究从斜槽对应力波的反射作用原理出发,推出纵波在斜槽作用后的应力波应力状态.研究这种应力波在圆环斜槽传振杆中的传播形式,指出它是沿螺旋线传播的主应力波并推出了其传播声速.在此基础上,证明圆环斜槽传振杆存在纵扭共振模态,利用传输线等效电路导出传振杆的频率方程.通过分析圆环斜槽传振杆的振动特性,得出影响纵扭振动输出参数的因素.根据加工要求的振动输出参数,在实际应用中可准确地确定圆环斜槽传振杆的几何尺寸.有限元模态分析、试验结果与理论分析一致.     

对滚式齿轮纵扭复合超声滚压系统设计与分析

为解决目前齿轮超声滚压强化因设备的限制及振动的单一性导致强化效率低、作用范围小等问题,提出了一种新的对滚式齿轮纵扭复合超声滚压系统,包括纵扭复合变幅杆及与之匹配的工具齿轮.基于理论计算的方法推导出圆锥形复合变幅杆频率方程,求得相关设计参数.在圆锥段开螺旋槽并装配齿轮,利用有限元分析方法研究纵扭复合振动、计算齿面处纵扭复...     

超声振动切割细胞系统的设计

根据细胞微切割实验对超声振动切割系统的要求,对夹心式超声换能器和超声变幅杆组成的振动系统进行了设计,超声换能器采用夹心式压电换能器,变幅杆是一种将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成的新型复合圆锥阶梯形变幅杆,设计了超声换能器和变幅杆的基本结构,并给出其制造尺寸.     

纵扭型压电超声电机的研究进展

概述了国内外纵扭型压电超声电机的各种型式和最新研究成果，介绍了纵扭型超声电机的优点及用途，分析了电机在研制过程中的技术难点，指出了纵扭型超声电机今后的研究方向，最后总结出纵扭型超声电机是大力矩超声电机很重要的一个发展方向。     

TC4钛合金纵扭超声磨削力热耦合模型及其试验研究

为探究TC4钛合金纵扭超声磨削过程中的力热耦合机理,基于TC4钛合金纵扭超声磨削的磨削力模型、工件表面平均温度模型、质量热容计算表达式建立了其力热耦合模型,并对力热耦合作用下TC4钛合金纵扭超声单颗磨粒去除过程进行有限元仿真,分析磨削力、磨削温度的相互影响特性。理论与仿真研究发现,磨削区剧烈的温升会降低钛合金抵抗塑性变形的能力,抑制磨削力的增长速率。最后通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验进行验证,结果表明,纵扭超声的引入能明显降低磨削力和磨削温度,磨削力和磨削温度的降低幅度分别达到19.39%和12.41%;磨削温度随着磨削深度、砂轮转速和工件进给速度的增大而升高,且随着磨削温度的升高磨削力增长趋势变缓;磨削力和磨削热的减小使工件表面塑性变形和犁沟两侧的塑性隆起高度减小;与普通CBN磨削相比,纵扭超声的引入对表面粗糙度的降低幅度可达到31.21%,在一定范围内增大超声振幅能显著提高加工表面的质量。     

纵-扭复合型压电超声电机的优化设计

研究了纵 -扭复合型压电超声电机的几个关键问题 ,包括电机的工作原理 ,压电陶瓷的极化方式及其安放位置 ,电机定子的结构形式的选择及定子的结构动力学设计问题 ,最后设计并装配了一台直径 2 0 mm的电机 ,堵转扭矩达 2 .5kg· cm,无负载转速 35r/min,并指出装配中应注意的问题。实验表明 ,要求的频率和振型达到了设计要求。     

超声振动铣削复合变幅杆扭转振动特性的仿真与优化

建立了1/4波长扭转振动复合变幅杆的理论计算模型,基于该模型设计了一种用于超声振动微铣削的扭转变幅杆,并利用ANSYS有限元仿真软件对其进行了模态及谐响应分析。通过仿真分析,获得了变幅杆扭转振动时的谐振频率、变幅杆的放大系数以及von mises应力分布等。为使变幅杆谐振频率更好地满足设计要求,最后对变幅杆的结构参数进行了优化。     

超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证

为研究超声振动对电火花铣削间隙流场的作用,根据流场理论将超声振动辅助电火花铣削间隙流场简化为二维流场,建立间隙流场动力学基本方程并推导出间隙流场在x和y方向的压力变化方程。通过Fluent有限元软件建立二维轴对称旋转仿真模型,验证该方程的正确性。分析了间隙流场交变压力的作用,并进行实验验证。研究结果表明:在超声振动的作用下,加工间隙中电介质沿x和y方向超声频率周期性变化的压力增强了空穴作用,促进了电介质的循环,减少了短路和电弧放电,提高了加工过程的稳定性和加工效率,进而提高工件材料去除率,同时能够减小火花放电凹坑深度,使工件加工表面的熔融金属铺展得更均匀,从而降低工件加工表面粗糙度。     

超声纵扭振动钻削光学玻璃材料边缘破损的试验研究

光学玻璃的脆性较大、硬度大以及强度高,在传统孔加工中极易产生边缘破损。本文设计了超声纵扭振动钻削装置,采用上压板与下支撑板的新装夹方式,给出了孔口崩边程度的评价指标。试验结果表明,当转速为4500r/min、振幅为6μm、进给速度为3mm/min时,孔口加工质量较高。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

超声铣削复合材料应力场分析与试验研究

为解决复合材料难加工问题,本文采用超声铣削和普通铣削加工方法对复合材料进行试验研究。试验结果表明,在超声加工条件下,由于外加的周期性振动使铣削力大大减小,使得已加工表面产生较小的应力场,则纤维束和碳基体交界处微裂纹扩张速度减慢和分层不明显;而在普通加工条件下,由于产生较大的铣削力,则纤维束和基体交界处裂纹扩展迅速,且分层也十分明显,工件表面纹理质量很差。