基于Kriging模型的纵扭复合超声振动加工系统设计

将纵扭复合超声振动应用在加工刀具在切削难加工材料时,可改善工件表面质量和提高加工效率。为了使斜槽式纵扭复合超声振动系统的谐振频率和纵扭转换率达到平衡,对斜槽结构参数(长度、宽度、深度、角度和位置)进行优化设计。运用SolidWorks和Ansys Workbench建立参数化仿真过程,采用最优空间填充设计(OSF)进行试验设计,利用自适应细化的方法提高模型的精度,并结合仿真值来验证Kriging模型的模拟值。通过多目标遗传算法(MOGA)的全局搜索,实现在超声电源频率内(20kHz)输出较大的扭转振幅,进而对优化设计后的纵扭复合超声振动系统进行阻抗和振幅测试,验证了Kriging响应面模型的有效性。

纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。

纵扭复合超声振动铣削SiCp/Al表面质量研究

SiCp/Al复合材料具有优异的性能,在航天航空、光学行业、汽车工业等高科技领域得到了广泛应用,但它在塑性和硬度之间差距巨大,使得超精密加工显得非常困难。建立超声铣削动力学模型,采用单因素法检测分析了SiCp/Al复合材料在不同主轴转速、铣削速度和铣削深度下的表面粗糙度与表面形貌,建模仿真了纵扭复合超声振动刀刃铣削轨迹,得到了影响加工表面质量规律及机制。研究发现主轴转速为3000 r/min、铣削速度为180 m/min时,表面粗糙度值最小;材料表面质量随铣削深度的增加而下降。为SiCp/Al复合材料铣削加工提供了合理工艺参数,提高了加工效率,降低了刀具磨损,延长了刀具使用寿命。

纵扭复合超声振动铣削K9玻璃表面质量的研究

K9玻璃由于具有优异的性能,在航空航天、汽车、光学精密仪器、电子信息等现代高科技领域得到了广泛应用,但其在塑性和硬度之间差距巨大,使得传统机械加工容易出现亚表面损伤等现象,表面质量难以满足要求。建立超声铣削动力学模型,采用多因素法检测并分析了不同主轴转速、铣削速度和铣削深度时纵扭复合超声铣削与普通铣削加工K9玻璃表面粗糙度与表面形貌,得到了影响加工表面质量的规律及机制。研究发现:主轴转速为3 000 r/min、铣削深度为0.2 mm时,表面质量最好;K9玻璃的表面质量随铣削速度的加快而下降。采用纵扭复合超声振动铣削提高了K9玻璃的表面质量和加工效率,并为K9玻璃纵扭超声铣削加工提供了优化的工艺参数。

难加工材料纵扭超声振动辅助铣削加工研究进展

纵扭复合超声振动辅助铣削(LTUVAM)是在刀具轴向与扭转方向上施加高频微幅振动的一种辅助铣削技术,具有降低切削力与切削热、提高工件表面质量、提高表面残余压应力、减少刀具磨损等诸多优点。本文围绕难加工材料的铣削加工进行了系统综述。在设备制造方面,阐述了纵扭复合超声振动系统的结构设计方法与工作原理;在工艺开发方面,从LTUVAM的切削刃运动轨迹及切削特性入手,分析各类材料的切削加工性能,并总结了LTUVAM的优势及应用。最后,本文对LTUVAM的未来发展趋势进行展望。

纵扭复合型超声马达谐振频率的理论研究

目的对夹心式纵扭复合振动模式压电超声马达的共振频率进行理论研究。方法根据纵扭复合超声换能器纵向振动模式及扭转振动模式的共振频率方程,首次提出负载因子的概念。结果得出了纵扭复合型超声马达谐振频率与负载的变化关系。实验表明,超声马达纵扭各自共振频率的理论计算值与测试值基本符合。结论为纵扭复合型超声马达的设计提供了一定的理论基础。

纵扭复合超声振动铣削薄板件稳定性研究

本文针对超声振动铣削加工薄板件过程中超高频率的切削-分离状态提出了一种改进的半离散法,并通过matlab进行叶瓣图的绘制,结合试验分析了各参数对加工过程稳定性的影响,研究发现纵扭复合超声振动铣削相较于传统铣削具有更好的系统稳定性,超声波激振频率、振幅和进给速度对稳定性有不同程度的影响。

纵扭复合型超声波电机的力传递模型

复合型超声波电机是各种超声波电机中最典型的低速大力矩电机,其定转子接触方式是断续面接触,这与行波型电机连续的若干点接触不同,也是实现大力矩的根本原因,因此分析其定转子的力传递模型很重要。该文先简单叙述了以往采用等效电路描述具有的问题,其次,通过电机轴向冲量守恒建立了定转子接触角与电机预压力和摩擦材料物理参数的关系,随后利用振动周期内周向电机负载和驱动力所作的功相同的原理,给出电机负载与定子纵 扭振动和转子参数的关系,并据此确定电机转子参数和预压力,研制的复合型超声波电机(直径80mm)的堵转力矩为13.2 N穖的大力矩,空转转速为12.5 r/min。初步形成了电机转子设计的理论基础。

纵扭复合型超声波电机的特性研究

纵扭复合型超声波电机是最典型的低速大力矩电机,其系统模型等尚有不少问题值得探讨,特别是摩擦面的力传递模型,直接涉及这种电机的特性。结合研制的纵扭复合型超声波电机样机,从理论和实验上分析研究了各种因素对机械特性的影响,并对电机接触面的转换效率进行了分析计算,指出了这种电机效率偏低的缘由。另外实验验证了这种电机具有工作频域较宽的特性。

纵扭复合型超声波电机的实验研究

概述了对纵扭复合型超声波电机的实验研究。其中包括压电陶瓷片的极化方式、有限元模型的修正、工作频率和振型的测量、电机负载转速等机械特性的测量、超声减摩实验、提高电机负载性能的关键因素 ,并指出今后要做的提高电机性能的实验。最终成功研制了一台直径 45mm纵扭复合型超声波电机 ,最大扭矩为 1N·m。

纵扭复合型超声波电机纵振动数学模型

建立了纵扭复合型超声波电机的纵振动数学模型,通过仿真分析得到了电机的各种纵振动过程。仿真结果表明:只有摩擦材料参数和电机预压力选择合适,保证定转子在一个振动周期内接触、分离,并得到合适的接触角,从而实现电机的纵扭同频振动,电机才会有稳定的输出转矩和较高的效率。此外,该模型还从理论上证实了简化力传递模型中转子不动假设的合理性。

纵扭复合型超声波电机原理及模态简并研究

介绍超声波电机的发展概况 ,结构和运行原理 ,重点分析了纵扭复合型超声波电机的模态简并问题以及电机结构对谐振频率的影响 。

周期性扇形孔结构对斜槽型纵扭复合模态超声振动系统性能的影响

为了解决基于斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统存在的扭转分量较小、纵扭转化效率较低的问题,论文对基于周期性扇形孔和斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统进行了研究,主要仿真分析了扇形孔结构参数对基于斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统谐振频率、扭转振幅、旋转角度和剪切应力的影响规律,并找到使系统获得最佳纵扭转换效率的扇形孔结构参数,且求解出扇形孔结构的引入对系统性能的改善幅度。

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺。方法通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响。结果在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7%~13.2%,显微硬度增加了1.13%~2.35%,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌。其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关。加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著。结论相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性。

超声螺旋磨削制孔磨削力建模与实验研究

为了充分发挥磨削力在超声辅助制孔加工工艺参数匹配、优化等方面的指导作用,基于压痕断裂力学理论,建立了纵扭复合超声螺旋磨削制孔加工的磨削力预测模型。搭建了磨削力测试平台,以氧化锆工程陶瓷为研究对象,开展了磨削力实验确定了模型的修正系数,并对模型进行验证。结果表明:模型预测结果与实验结果具有相同的变化趋势,且数值相近,验证了模型的正确性。在此基础上,进一步分析了工艺参数对磨削力的影响规律,发现磨削力随着超声振幅、主轴转速的增大而减小;随着螺距、螺旋进给速度的增大而增大。

新型超声振动结构的研究进展

对近几年超声加工技术在硬脆材料加工方面的研究进展进行综述,阐述不同超声振动形式的加工特点和国内外的研究现状,如超声纵向振动、扭转振动、纵扭复合、椭圆振动等,最后对我国超声加工技术今后的发展提出一些建议。