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超聲波加工適合于加工硬脆材料,可以加工復雜的三維型腔,而傳統的超聲波加工需要制作與被加工型腔凸凹相反的工具,所以工具制作非常復雜,工具的加工成本 高、周期長而且存在加工過程中工具磨損嚴重等問題,嚴重影響著加工的精度和效率。 超聲波銑削是一種新興的超聲波加工工藝,它利用簡單形狀工具,基于快速原型中分層制造思想,采用分層去除方法加工硬脆材料,具有工具制作簡單,工具與工件 間宏觀作用力小,工具損耗能夠得到補償,可實現復雜三維輪廓的加工等特點,是具有開發前景的超聲波加工技術。本文在系統總結了國內外大量文獻資料的基礎 上,通過實驗研究與理論分析相結合的方法,利用自行改裝的超聲波銑削加工機床進行了超聲波銑削加工實驗,對超聲波銑削加工機理與工藝進行了深入研究,豐富 和完善了超聲波加工技術現有的理論成果。

在傳統超聲波加工工藝規律研究的基礎上,探索了在工具作高頻振動和旋轉運動以及機床進給三種運動綜合作用下超聲波銑削加工的材料去除機理。加工過程中材料 的去除同時具有沖擊、磨蝕和空化三種作用,由于工具的旋轉運動和機床進給運動,為壓痕裂紋的產生和擴展提供了有利條件,從而使得脆性材料的裂紋產生與擴展 可能性增加,材料去除率增大?；趬汉蹟嗔牙碚?建立了的超聲波銑削加工材料去除率理論模型,從模型可以看出材料去除率與加工靜壓力、磨料尺寸、濃度、工 具尺寸、工件材料性能等參數有關。 變幅桿的頻率方程是變幅桿幾何尺寸合理化設計的主要依據,針對現有的復合變幅桿理論公式只能表示出相鄰兩端桿間的關系,無法對各部分進行全面分析的問題, 從變截面的桿的波動方程出發,利用四端網絡法,推導出帶圓錐和指數過渡段的階梯形復合變幅桿的頻率方程和放大倍數通用公式,該公式能夠表示出復合變幅桿三 段間的關系,便于復合變幅桿的設計和性能分析。

同時,設計并制作了圓錐和指數過渡的階梯形復合變幅桿,實驗表明,其他條件不變,改變復合變幅桿小端圓柱部 分的長度L_3,對其頻率值影響很大,L_3長度減小,頻率值增大,可以此對變幅桿進行適當的修正。 研究了工具尺寸及材料性質對變幅桿固有頻率和放大系數的影響,實驗表明,隨著工具長度、直徑的增加,變幅桿頻率f呈下降趨勢,欲使變幅桿安裝工具后頻率保 持不變,可適當減小變幅桿末端長度再安裝工具。推導出安裝簡單工具后復合變幅桿諧振頻率、振幅等性能的通用公式,為變幅桿及其加工工具的設計、制作提供了 理論依據。 zui后,利用改裝的超聲波數控加工機床進行了超聲數控鉆孔的實驗研究,對超聲波數控鉆孔中存在崩邊現象、工具損耗嚴重、加工效率較低等問題提出了改善措施。 分析了超聲波銑削加工中工具損耗現象以及損耗產生的原因和機理,實驗研究了各種加工參數對工具損耗的影響。通過分析比較得出,按運動軌跡長度進行工具縱向 損耗補償的方法。