关于超声波振动平台的由来和原理解析

更新时间：2024-07-17

浏览次数：5571

　　随着难加工材料精度要求的提高，特别是航空航天零件，一维超声加工已经明显不能满足生产的需要，二维超声振动加工应运而生了。超声波椭圆振动切削已受到学术界和企业界的重视，美国、英国、德国和新加波等国的大学以及国内的北京航空航天大学和上海交通大学已开始这方面的研究工作。

　　日本企业界(如日立、多贺和 Towa 等)已开始这方面的实用化研究。 Chandra Nath 等人研究硬质合金刀尖圆弧半径在超声椭圆振动切削下的影响中，阐述了刀具的几何形状，特别是刀具的圆弧半径对一维超声振动切削性能的影响。利用实验表明了刀具圆弧半径在 0.6mm 或更低(例如0.2mm 或 0.4mm)和更高的圆弧半径(例如 0.8mm)下，超声椭圆振动切削在各个方面明显表现更好。N.Suzuki等人利用超声椭圆振动切削钨合金模具的光学玻璃零件中表明，由于传统振动切削不能获得更的精度，主要是因为刀具的快速磨损，脆性材料的破裂及黏糊在刀具上。而超声椭圆切削能获得更实用的超精密模具，成功应用于玻璃的成型。

　　我国设计出高频超声椭圆振动精密切削，其相对一般的椭圆振动和普通低频超声振动具有减低切削力、提高加工精度的效果，并且可采用更高切削速度，从而可以提高工作效率。但是，超声波椭圆振动切削在理论和应用方面还有许多工作要做。尤其是对硬脆性材料的超精密切削加工、微细部位和微细模具的超精密切削加工等方面还需要进一步深入研究。

　　超声波振动平台辅助微细加工平台，其特征在于，包括直角形底板、上振动块、下振动块、直线导轨A和直线导轨B、长支撑板、短支撑板、变幅杆A和变幅杆B、换能器A和换能器B与超声波发生器；直角形底板固定在机床工作台上，上振动块与下振动块分别沿进给和侧吃刀量方向呈相互垂直布置，下振动块的自由端下侧面通过直线导轨B安装在直角形底板上，直线导轨B的导轨方向与下振动块振动方向一致；上、下振动块通过直线导轨A相连接，直线导轨A固定于下振动块的自由端与直线导轨B相对的上侧面，直线导轨A的导轨方向与上振动块振动方向一致；工件通过螺纹连接固定在上振动块的自由端上；

　　所述上振动块的固定端与变幅杆A、变幅杆A与换能器A之间分别通过双头螺柱连接，两个双头螺柱的中心轴共线；所述下振动块与变幅杆B、变幅杆B与换能器B之间分别通过双头螺柱连接，两个双头螺柱的中心轴共线；变幅杆A和变幅杆B在各自节点位置分别通过长支撑板和短支撑板固定在直角形底板上；

　　所述换能器A与换能器B通过导线与超声波发生器连接，超声波发生器能实现同时输出两个频率相同的超声信号，进而调节两个超声信号的相位差；工件固定于上振动块的自由端时，工件与上振动块组成的整体尺寸与下振动块的尺寸相同；工件与上振动块保持紧密接触，接触面涂凡士林作为传递介质；上、下振动块的固有频率与超声振动频率相差小于100Hz，上、下振动块的振型为纵振模态，且上、下振动块的自由端具有位移值。

　　(1)广泛查阅国内外在超声加工技术研究方面的资料，准确把握超声加工技术的现状，发展趋势，关键技术以及国内急需解决的主要问题。

　　(2)对传统超声振动车削机理进行分析，并对传统换能器结构进行改进，使其实现二维超声振动。
　　(3)利用MATALB仿真软件，对二维超声振动进行研磨，珩磨运动轨迹仿真。
　　(4)实现二维超声振动换能器，变幅杆的结构设计，并借助于有限元软件ANSYS10.0进行换能器，变幅杆的动力学分析，验证理论分析的正确性。
　　(5)对超声换能器进行匹配电路分析，并对超声发生器的频率自动跟踪技术进行初步探讨。

　　通过本文的研究，证明了所提出的新思路是合理，可行的，这对改善工件的精度和表面粗糙度实现以车代磨有重要意义，并对二维超声振动技术的研究提供了参考依据。