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超聲波三維振動平臺

隨著我國機械工業的快速發展,機械零件的精度越來越重要。在難加工的材料及復雜型面的加工領域中,傳統機械加工的效果并不理想。超聲振動輔助加工方法的前景較好,能夠明顯提高加工穩定性、擴大加工范圍、提高工件表面的功能性,與其他加工方法相比有明顯優勢。其中,共振型裝置的加工頻率較高,在切削加工中,能夠顯著降低主切削力,在一定程度上提高刀具壽命和加工精度。目前,二維共振型加工方法,對于復雜型面的加工適應性較差,三維共振型加工方法正好可以彌補這一缺點,然而存在加工精度低的問題,使加工后工件的應用受到限制。究其原因,是由于缺少對三維振動軌跡的研究,進而影響工件的加工精度。因此,為了滿足人們對超聲振動輔助加工做更深入研究的需求,對三維振動加工的原理進行探究,分析振動軌跡對工件形貌的影響,進而提出一種三維共振型振動輔助加工裝置,并對裝置的加工效果進行研究。主要研究內容如下:(1)分析三維振動輔助加工原理。首先闡述了超聲振動輔助加工的原理;然后分析了同頻率簡諧運動和不同頻率簡諧運動的合成規律,用MATLAB進行仿真分析;進而提出一種三維振動加工方法,用MATLAB分析了同頻率簡諧運動軌跡和不同頻率簡諧運動軌跡對加工表面形貌的影響。(2)進行三維振動輔助加工裝置的總體設計。一方面,首先闡述了定參數型振動加工裝置的原理,并給出結構設計;然后對變幅桿進行了振動分析,分析了變幅桿結構參數與振動參數及放大倍數的關系、斜槽對變幅桿振動形式的轉換,完成三維變幅桿的結構設計;最后給出了三維變幅桿的設計實例。另一方面,闡述了變參數型振動加工裝置的原理,提出一種變參數的實現方法,運用電負載調頻法改變裝置的工作頻率,同時設計靜態匹配電路,在不同的工作頻率上,超聲波發生器和換能器在都能正常工作。(3)開展三維振動輔助加工裝置的仿真分析。首先用ABAQUS軟件對換能器進行仿真分析,分析了換能器的模態特性、瞬態特性;然后用ABAQUS軟件對變幅桿進行仿真分析,分析了變幅桿的模態特性、瞬態特性、振動軌跡;最后用MATLAB軟件分析了裝置的振動軌跡對加工表面形貌的影響。(4)進行超聲振動裝置的性能測試。搭建超聲振動裝置的實驗測試平臺,用阻抗分析儀對所設計的超聲振動裝置進行性能測試,對理論諧振頻率(20kHz)和測量諧振頻率進行對比、變幅桿的導納圓進行特性分析,了解變幅桿的阻抗特性。

超聲波三維振動平臺