二维超声振动高精密车削技术研究

论文摘要

随着科学技术水平的日益提高,在机械加工等领域,对工件的加工精度及表面粗糙度的要求越来越高,采用磨削的加工方法可以得到很低的表面粗糙度,但是对于一些有色金属等软金属不易采用磨削的方法进行加工,解决上述难题有很多不同的方法,本文提出了一种仿研磨、珩磨轨迹二维超声振动车削代替磨削的新思路。本文是针对江西省教育厅“光机电一体化”产学研重点项目“高速高精数控车床研发”进行的研究。论文通过查阅大量的资料,分析了传统超声振动车削的机理及传统超声振动车削的缺点,并实现了传统换能器的结构改进,使其能够产生二维振动。为了实现以车代磨的工艺要求,利用MATALB软件对二维超声振动轨迹进行研磨、珩磨运动轨迹仿真。完成了二维超声振动换能器和变幅杆的结构设计,并采用ANSYS有限元分析软件对二维超声振动换能器、变幅杆进行了动力学特性分析,得到了模态振型图及共振频率,验证了理论分析的正确性。最后还研究了换能器的电路匹配问题,并对采用锁相法和运用单片机来实现超声波发生器的频率自动跟踪技术进行了初步探讨。本文主要内容如下:(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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 超声切削技术的研究现状和发展
• 1.2.1 国外在超声车削方面的研究现状和发展
• 1.2.2 国内在超声车削方面的研究现状和发展
• 1.3 论文研究的主要内容和重点
• 第二章 超声振动车削系统
• 2.1 超声车削机理
• 2.2 超声车削系统的组成
• 2.2.1 超声波发生器
• 2.2.2 超声波换能器
• 2.2.3 超声波变幅杆
• 2.3 传统超声振动车削存在的问题及其改进方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 二维超声车削换能器原理与设计
• 3.1 二维超声车削换能器工作原理
• 3.2 二维超声振动车削轨迹仿研磨、珩磨轨迹
• 3.3 超声振动换能器性能参数分析
• 3.3.1 纵向振动超声换能器性能参数的分析
• 3.3.2 弯曲振动超声换能器性能参数的分析
• 3.4 二维超声车削换能器设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 二维超声车削变幅杆设计及有限元分析
• 4.1 二维超声车削系统的变幅杆设计
• 4.1.1 变幅杆设计的有关问题
• 4.1.2 变幅杆的设计
• 4.2 二维超声换能器、变幅杆的有限元分析
• 4.2.1 有限元动力学分析的理论基础
• 4.2.2 二维超声换能器、变幅杆的动力学分析
• 4.2.3 二维超声换能器、变幅杆的模态分析
• 4.2.4 二维超声换能器、变幅杆的谐响应分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 超声波发生器频率跟踪技术的研究
• 5.1 超声发生器的发展
• 5.2 超声换能器匹配电路的分析
• 5.2.1 换能器调谐匹配分析
• 5.2.2 换能器阻抗匹配分析
• 5.3 发生器频率自动跟踪
• 5.3.1 单片机控制的频率跟踪
• 5.3.2 锁相法频率跟踪
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本课题今后需进一步研究的地方
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢