【摘 要】
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随着军事、宇航、生物医药、仿生学等新技术的飞速发展,对机械制造业提出了更高、更新的挑战。各类难加工材料和异形曲面零部件在机械、汽车、生物、航空、军事等行业得到广泛应用。由于此类零部件加工难度大,加工要求高,传统机械加工方式难以实现其精密高效加工。近二十年来,新型先进特种加工及其复合加工方法不断涌现,因其可不受材料硬度影响,加工作用力小（或无）,工具损耗低（或无）,在难加工材料和异形曲面零部件加工中
【基金项目】
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国家自然科学基金（52175438）； 2021年度江苏省产业研究院集萃研究生计划项目；
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随着军事、宇航、生物医药、仿生学等新技术的飞速发展,对机械制造业提出了更高、更新的挑战。各类难加工材料和异形曲面零部件在机械、汽车、生物、航空、军事等行业得到广泛应用。由于此类零部件加工难度大,加工要求高,传统机械加工方式难以实现其精密高效加工。近二十年来,新型先进特种加工及其复合加工方法不断涌现,因其可不受材料硬度影响,加工作用力小（或无）,工具损耗低（或无）,在难加工材料和异形曲面零部件加工中得到重要应用。旋转超声复合电解加工将旋转超声、超声效应和电解作用有机结合,可克服单一超声、超声复合电解技术的局限性,实现多技术复合优势,本文在此研究基础上,进一步提出二维旋转超声复合电解加工新方法,即旋转轴向超声与径向超声复合形成二维旋转超声,与脉冲电解协同作用形成二维旋转超声复合电解加工新方法,可实现对难加工材料、异形曲面零部件的精密高效加工。本文主要研究内容如下:1、分析旋转超声复合电解加工过程各作用效应,对旋转超声加工、超声复合电解加工进行机理分析,分别建立其材料去除效率模型,探究影响其加工效率的因素。以旋转超声加工和超声复合电解加工的材料去除原理和效率模型为基础,推导出旋转超声复合电解加工的材料去除效率模型,得到影响其加工效率的因素:主轴旋转速度n、超声频率f、超声振幅A、脉冲电压U、电解液电导率σ以及微细磨料颗粒的尺寸和硬度等;分析与协调超声作用参数和电解作用参数的耦合关系,优化匹配各加工作用参数,对二维旋转超声（轴向和径向）复合电解技术进行加工成形机理分析探讨。2、设计旋转超声复合电解加工系统总体方案,构建旋转超声复合电解加工系统,对旋转超声振动系统各组件进行理论分析和结构设计,即完成旋转超声电主轴、压电超声换能器、超声变幅杆和工具电极的设计;设计径向超声（二维）振动装置,完善轴向和径向复合的二维旋转超声复合电解加工系统;设计多轴联动进给及控制系统,旋转超声电主轴在Z轴可作伺服进给运动,工作台可在X、Y方向作直线进给运动;设计柔性超声加工夹具;最后给出超声振动参数及加工件的检测方案,包括超声振动参数、加工过程电参数、电解液电导率及加工件精度与表面形貌等测量。3、使用WORKBENCH对旋转超声振动系统进行模态分析和谐响应分析。通过ANSYS使用命令流编程对压电式超声换能器、阶梯型超声加工变幅杆进行模态分析和谐响应分析。由于工具电极存在特定尺寸,于是引入一定尺寸的工具电极,对新的超声振动系统整体构造建模,利用ANSYS执行必要的优化分析,进行振动系统的参数调整,得到适当超声振幅,从而验证所设计的超声振动系统可以满足旋转超声复合电解加工需要。4、完善二维旋转超声复合电解加工试验系统,分析加工进给与超声振动方式结合方案,设计试验方案。对压电陶瓷（PZT）、高速钢（W18Cr4V）进行不同加工方法试验探究,验证了旋转超声及旋转超声复合电解加工的技术优势;对紫铜（Cu）进行旋转超声复合电解加工试验,证明电解作用增强能有效提高加工效率;对硬质合金（YT15）进行不同电解电压旋转超声复合电解加工试验,证明随电压增加,加工效率显著提高;对轴承钢（Cr15）进行一维旋转超声复合电解展成切割和二维旋转超声复合电解展成切割加工试验,证明后者切割沟槽效率与精度更好;对颗粒增强陶瓷（SiCp/Al）进行不同加工方式、不同电解电压、不同电解液的二维旋转超声复合电解加工试验,二维旋转超声复合电解加工的凹槽有更高的精度和更光滑的平面及边缘,且加工效率更高,验证了二维旋转超声复合电解加工的优势。
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