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超声磨削加工是一种将超声磨削加工和传统机械加工相结合的复合加工方法。研究表明,超声磨削加工是加工难加工材料的一种有效方法。陶瓷、玻璃等硬脆材料因其具有高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能已被广泛应用于机械、电子、航空、汽车等领域。然而,正是这些优良特性使得其加工难度大、效率低而且成本高,因此这些材料的广泛应用受到了限制。随着科学技术的发展,特种加工应运而生,并且得到了迅速发展。超声磨削加工作为特种加工的一种,已经成为加工陶瓷等硬脆材料的有效方法,目前对它的应用越来越广泛。
在查阅了国内外相关文献资料并进行详细综述分析的基础上,介绍了超声磨削加工谐振系统的结构特点和工作原理。通过对超声磨削加工专用机床的分析与研究,确定了本课题所研究超声磨削加工谐振系统结构。选定了超声磨削加工谐振系统中的超声换能器,变幅杆的材料和类型以及介绍了工具的设计方法和理论。而且,对变幅杆分别从声学角度和波动方程角度来进行理论分析设计,从而设计出具有指数形过渡段复合形变幅杆和带有负载的锥形变幅杆。通过运用ANSYS软件,分析所设计的超声变幅杆在工作频率时的振型图及节点位移的观测,可以直观的验证设计的合理性。运用有限元法对变幅杆进行动力学分析,确定它的固有频率以及在这个频率下的谐响应状态,求得不同截面处的位移,在得到自由端面的位移值时,就能够确定位移放大比。根据对变幅杆在工作中的放大要求,对变幅杆进行最佳的形状选择,显现了其较好的效率和良好的适用性,为我们分析、校验、设计变幅杆提供了一种重要的途径。本课题还提出了超声磨削加工谐振系统系列化设计并进行初步研究,并给出了部分具体数据。
在超声磨削加工机床中,超声磨削加工系统由超声换能器、变幅杆及加工工具组成,是超声机床的核心部件。该谐振系统设计与研究对机床的整体性能的研究,具有重要的理论意义和实际应用价值。与传统的设计方法相比,超声磨削加工谐振系统将有更广泛的应用前景,我们将拭目以待。