超声抛光原理研究及超声系统设计

论文摘要

超声抛光技术是一种有效地模具内腔的加工技术,是目前众多模具抛光新型技术中的一种,其研究涉及电学理论、控制理论、机械动力学理论、机械设计等多方面知识。超声抛光原理是利用超声发生器产生超声振动,通过换能器将振动传递给变幅杆,变幅杆在将振动幅值放大后传给到磨料悬浮液,磨料悬浮液中的磨粒对工件表面撞击进行抛光。针对目前模具超声抛光原理和超声抛光系统研究存在的不足之处,本文介绍相关的研究和应用,并开展如下研究工作:(1)根据超声抛光过程中的特点,本文建立超声抛光数学模型,从理论上提出了一种研究方法。(2)设计超声抛光的硬件系统,分别对结构和功能进行了阐述,并详细研究和设计了换能器和变幅杆的参数。(3)对系统中较关键的部分进行了详细设计,主要是对超声发生器的电路和频率跟踪控制方法进行研究。(4)利用设计的超声抛光系统做了一组工件实验,通过对工件的实验数据比较和分析,有效的验证了超声抛光系统的可行性。基于上述的超声抛光的研究和应用,本文建立了超声抛光数学模型,设计了超声抛光的硬件系统,验证了超声抛光系统的可行性,丰富了超声抛光理论研究和应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 超声抛光的特点
• 1.3 研究现状及存在的问题
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 超声抛光原理研究
• 2.1 超声抛光工作原理
• 2.2 超声方法分类
• 2.3 超声抛光的模型
• 2.3.1 单颗磨粒作用研究
• 2.3.2 多颗磨粒作用研究
• 2.4 超声参数对抛光速度的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 超声抛光系统整体设计
• 3.1 换能器
• 3.1.1 磁致伸缩换能器
• 3.1.2 压电换能器
• 3.1.3 压电换能器的结构设计
• 3.2 变幅杆
• 3.2.1 变幅杆类型
• 3.2.2 变幅杆材料
• 3.2.3 变幅杆尺寸设计
• 3.3 抛光工具头
• 3.4 磨料悬浮液
• 3.4.1 磨料
• 3.4.2 基液
• 3.4.3 添加剂
• 3.4.4 悬浮液各成分质量分数
• 3.5 超声波发生器
• 3.6 本章小结
• 第四章 超声发生器主电路设计
• 4.1 主电路
• 4.2 基于LLC 全桥谐振逆变
• 4.2.1 逆变的开关方式
• 4.2.2 各种谐振变换的特点与比较
• 4.2.3 LLC 谐振变换的原理
• 4.2.4 LLC 参数的计算
• 4.2.5 LLC 设计结果仿真
• 4.3 匹配电路
• 4.3.1 换能器等效电路
• 4.3.2 电感匹配电路
• 4.3.3 电感电容匹配电路及改进电路
• 4.3.4 T 型匹配电路
• 4.4 本章小结
• 第五章 超声发生器频率跟踪系统设计
• 5.1 频率跟踪方法
• 5.2 锁相环频率跟踪方法
• 5.3 锁相环芯片CD4046 简介
• 5.4 频率跟踪电路设计
• 5.5 PLL 参数计算
• 5.6 驱动和死区电路设计
• 5.7 检测电路的设计
• 5.8 频率跟踪电路仿真结果
• 5.9 本章小结
• 第六章 超声抛光实验
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢