鈦合金TC4的單激勵(lì)超聲波橢圓振動(dòng)切削系統(tǒng)的研究.pdf

1、鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于多個(gè)領(lǐng)域，但是其機(jī)械加工性比較差，使用常規(guī)切削方式加工時(shí)不容易獲得良好的加工效果，而超聲波振動(dòng)切削技術(shù)的提出為這一難題提供了解決方案。超聲波振動(dòng)切削是指在切削過程中給刀具疊加一個(gè)高頻振動(dòng)，使得刀具能夠間歇性地與加工工件接觸或脫離，具有減小平均切削力、延長(zhǎng)刀具壽命、改善加工質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波振動(dòng)切削系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對(duì)鈦合金材料進(jìn)行切削，以改善切削環(huán)境、提高

2、加工質(zhì)量。
　　本文對(duì)超聲波振動(dòng)切削系統(tǒng)的切削原理和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。根據(jù)鈦合金TC4材料的加工特點(diǎn)，確定了單激勵(lì)超聲波橢圓振動(dòng)切削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。所設(shè)計(jì)超聲波振動(dòng)切削系統(tǒng)的工作頻率為43.4kHz，由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿及切削刀具組成，對(duì)各組成部分的功能和選型都進(jìn)行了分析。將變幅桿的設(shè)計(jì)作為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，利用振動(dòng)理論和設(shè)計(jì)公式，對(duì)變幅桿的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。利用有限元分析平臺(tái)ANSYS Workbench的

3、模態(tài)分析功能，對(duì)變幅桿結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，并對(duì)改良后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。使用阻抗分析儀與激光位移傳感器對(duì)系統(tǒng)的阻抗特性和振動(dòng)特性進(jìn)行了測(cè)試。將所設(shè)計(jì)的振動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到對(duì)鈦合金TC4工件的切削加工中，并且將其加工效果與普通切削方式的加工效果進(jìn)行對(duì)比。有限元分析結(jié)果顯示系統(tǒng)在刀尖點(diǎn)輸出的仿真振動(dòng)軌跡為橢圓形；通過對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的性能測(cè)試，驗(yàn)證了刀尖點(diǎn)的實(shí)際振動(dòng)軌跡也是橢圓形；通過切削試驗(yàn)，證明了在切削裝置中引入單激勵(lì)超聲波橢圓