超聲輔助鉆銑加工機理及其系統(tǒng)的研究.pdf

1、機械加工是現(xiàn)代制造業(yè)的重要基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和高新技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，一直以來受到學(xué)術(shù)界和工程界的普遍重視。近年來，隨著科技水平的進步、應(yīng)用范圍的擴展、面向?qū)ο蟮亩鄻踊约凹庸み^程高性能和加工結(jié)果高標(biāo)準(zhǔn)的要求，無論是機械加工方法和工藝，還是機械加工設(shè)備，都得到了迅猛地發(fā)展，尤其是特殊結(jié)構(gòu)和部件需求的日趨強烈以及新材料的不斷涌現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，對機械加工技術(shù)提出了更高的要求。因此，在發(fā)展傳統(tǒng)加工技術(shù)的同時，一些特種加工手段應(yīng)

2、運而生，極大地豐富了機械加工技術(shù)的內(nèi)容和內(nèi)涵，其中超聲輔助加工技術(shù)由于具有綠色、精細和高效等特點，受到業(yè)界的高度重視，成為了硬脆材料機械加工的主要手段。然而，超聲輔助加工技術(shù)有車削、磨削和鉆銑削等多種形式，目前在超聲銑削加工過程中主要利用形狀拷貝原理，將工具的形狀復(fù)制在工件上，存在工具磨損大、加工效率低、加工表面完整性不好以及柔性加工能力差等問題，難以適合復(fù)雜型腔的加工應(yīng)用。為此，本文提出開展超聲輔助旋轉(zhuǎn)鉆銑加工機理及其系統(tǒng)的研究。在建

3、立超聲輔助旋轉(zhuǎn)鉆銑加工力學(xué)模型以及明確相關(guān)加工機理的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了一套超聲輔助旋轉(zhuǎn)鉆銑頭及其驅(qū)動模塊，重點解決超聲能量放大、超聲激勵信號非接觸耦合傳輸和超聲工作頻率在線自動跟蹤調(diào)整等關(guān)鍵問題，確保加工頭應(yīng)用方便性及與母機聯(lián)接實現(xiàn)高精密回轉(zhuǎn)運動的同時，賦予其最優(yōu)的超聲輔助加工能力，為硬脆材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工提供一種柔性的技術(shù)手段。具體研究工作包括:
　　第一章，論述硬脆材料對現(xiàn)代工業(yè)的影響以及開展超聲輔助加工技術(shù)研究的意義，系統(tǒng)總

4、結(jié)該技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，明確目前超聲輔助鉆銑加工技術(shù)存在的問題，為本文的研究指明了方向，并對論文的研究內(nèi)容及章節(jié)進行了安排。
　　第二章，結(jié)合硬脆材料的特點，根據(jù)材料斷裂力學(xué)理論，建立超聲輔助鉆銑加工力學(xué)模型，分析了相關(guān)加工機理，明確了材料去除率與表面完整性的影響因素，為后續(xù)的研究奠定了必要的理論基礎(chǔ)。
　　第三章，在確定超聲輔助鉆銑頭及其驅(qū)動模塊總體方案的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計了基于旋轉(zhuǎn)極板電容的超聲激勵信號非接觸耦合傳

5、輸裝置、超聲信號能量放大機構(gòu)以及主軸聯(lián)接與刀具裝夾機構(gòu)，實現(xiàn)超聲輔助旋轉(zhuǎn)鉆銑頭機械本體的開發(fā)。同時，以DSP為中心測控單元，采用DDS技術(shù)產(chǎn)生工作參數(shù)程控可調(diào)的超聲激勵信號，并以該信號加載于超聲換能器上的有功功率最大化為優(yōu)化指標(biāo)實現(xiàn)超聲工作頻率的自動跟蹤，確保加工過程處于最佳的工作狀態(tài)，開發(fā)出一種數(shù)字式的超聲輔助鉆銑加工驅(qū)動模塊。
　　第四章，將上述開發(fā)的鉆銑頭及其驅(qū)動模塊與數(shù)控機床聯(lián)機，集成一套超聲輔助鉆銑加工系統(tǒng)。并開展硬脆材