超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展

超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势,已成为国内外研究及应用的热点,尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟,需要进一步地探索和实践。通过超声椭圆振动切削机理、特性以及对加工表面质量影响因素的分析,阐明了其在加工中低切削温度、低切削力、低损伤、高尺寸精度以及良好表面完整性的独特优势,综述了在塑性材料、脆性材料、复合材料等难加工材料领域的应用,为后续研究超声椭圆振动切削技术提供了参考。

高频椭圆振动切削加工用超声电源的研制

介绍了一种单片机控制高频椭圆振动切削加工用超声电源的设计,其工作频率为20 kHz～1 MHz。该超声电源采用基于直接数字频率合成(DDS)技术设计信号源,信号频率和相位连续可调,波谱纯净,分辨率高,可同时输出双路具有死角调整控制功能的方波互补信号和幅值可调的正弦信号。功率输出级采用全桥开关型放大电路,增加了驱动缓冲级,实现高频大功率输出。电源具有自动寻找工作点和自动频率跟踪功能,可满足高频椭圆振动加工应用的需要。

超声波椭圆振动加工技术的研究进展

超声波椭圆振动加工是功率超声加工技术的重要分支之一,在硬脆性材料加工方面具有非常广阔的应用前景。综述了超声波椭圆振动加工系统的研究进展和超声波椭圆振动加工技术在车削、镗削、钻削、铣削、磨削、化学机械抛光、砂轮修整、表面滚压与焊接等方面的最新应用,最后对超声波椭圆振动加工技术的发展方向提出了一些建议。

航空先进材料旋转超声椭圆振动加工研究进展

旋转超声加工是航空先进材料高效精密低损伤加工的有效方法。在传统的旋转超声加工中,刀具在高速旋转的同时沿着其轴线做超声频率的一维纵向振动。近年来,出现了旋转超声椭圆振动加工这种新型的旋转超声加工工艺,它利用刀具的二维椭圆振动代替传统的一维纵向振动,以进一步提高旋转超声加工的工艺性能。自旋转超声椭圆振动加工技术提出以来,国内外学者开展了大量的相关研究工作。本研究在简要概述旋转超声椭圆振动加工基本原理的基础上,从椭圆超声振动装备和工艺两个方面,总结旋转超声椭圆振动加工的国内外研究进展。在装备研究方面,阐述纵扭、纵弯和双弯等不同形式的椭圆振动产生方法;在工艺研究方面,讨论椭圆超声振动在磨料加工和切削加工等不同加工方法中的应用。基于旋转超声椭圆振动加工的发展现状,结合航空先进材料的加工需求,从加工机理研究、新材料工艺研究、椭圆轨迹稳定性、多自由度超声刀具设计等方面对未来发展趋势进行展望。

飞机交点孔超声椭圆振动精密加工技术

针对常规方法加工30mm以上的飞机翼身交点孔存在动力不足、孔径精度差和表面质量不高等问题,采用超声椭圆振动镗削的方法,研制了超声椭圆振动镗削装置,并对30mm以上不同材料的翼身交点孔进行了镗削加工,取得了很好的工艺效果,充分体现了超声椭圆振动镗削技术在飞机交点孔加工中的优势。

超声波椭圆振动切削加工系统稳定性研究

切削加工系统的稳定性是影响零件加工质量的重要因素之一。通过建立超声波椭圆振动切削系统动力学模型,对超声波椭圆振动切削系统稳定性进行了分析,从理论上预测出超声波椭圆振动切削的稳定极限,并对其进行Matlab仿真,得出稳定极限图。最后介绍了高温合金材料弱刚度零件加工试验情况,证实了与普通加工系统相比,超声波椭圆振动切削加工系统处于分离状态时具有更高的加工稳定性,可以提高弱刚度零件的加工质量。

超声椭圆振动切削装置应用现状及发展综述

椭圆振动切削装置可很好地解决高性能材料的硬脆性加工难的问题。椭圆振动切削装置通过给刀具施加超声振动使刀具与工件分离,这种方式可降低切削力,提高工件表面的加工质量。该文首先介绍了该装置的切削原理,其次对其结构特点和研究现状做了分析,最后对该装置的性能特性进行了总结。目的是通过对这类装置的介绍和性能分析,使超精密加工领域的相关科研工作者和技术人员较好地掌握类似装置的性能特性,为后续加工装置的优化设计提供理论参考。

不分离型超声椭圆振动切削试验研究

超声椭圆振动切削在分离切削区能够有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命,为此已成功地应用于精密和超精密加工领域。为更充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势,拓宽其应用领域,在深入分析椭圆振动切削过程和表面微观形貌形成机理的基础上,通过具体的切削试验验证超声椭圆振动切削在不分离区仍然具有降低切削力、抑制加工颤振、降低已加工表面粗糙度等优势特性。同时,不分离型超声椭圆振动切削的加工效率是分离型椭圆振动切削的2～3倍,进一步提高超声椭圆振动切削的加工效率。但是,这些特性在不分离切削区随着速度系数的增加而逐渐减弱,当速度系数大于3以后,这些切削优势特性基本消失。

超声椭圆振动车削的切削特性

为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系。通过切削力和表面粗糙度试验对推导出来的结果进行了验证,试验结果表明有效减小切削力是超声椭圆振动切削加工应用的主要优势。

超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。

超声椭圆振动磨削ZTA的表面完整性研究

针对改性氧化铝(ZTA)陶瓷的超声椭圆振动磨削,给出了磨粒的切削轨迹模型,讨论了其对加工精度的影响.通过试验获得了椭圆超声振动磨削对ZTA陶瓷的表面形貌的影响.被加工表面上可以观测到晶粒细化现象,几乎没有破碎发生,表明材料去除模式主要为塑性去除;与普通磨削的对比试验表明,表面粗糙度降低约30～40%.X-射线衍射分析表明被加工表面的相结构主要为α-Al2O3,和t-ZrO2,以及少量的m-ZrO2;普通磨削和超声椭圆振动磨削的表面上都观察不到非晶相.试验结果表明,ZTA的非弹性变形去除对表面完整性有重要影响.

椭圆振动切削研究进展

椭圆振动切削有利于在难加工材料超精密去除中获得改善的切削加工性,并可用于创成微结构功能表面,被认为是一种非常有发展前途的方法。迄今为止,关于椭圆振动切削的研究中,最值得关注的主要涉及如下3个方面:刀尖椭圆运动轨迹生成;难加工材料(超硬材料、脆性材料以及铁系材料)的最佳切削加工性获得;微结构功能表面的创成等。对椭圆振动切削在这3个方面所取得的进展进行了系统和深入地评述,提出了有待研究解决的关键问题。

混联压电式三维椭圆振动切削过程中的颤振现象

三维椭圆振动辅助切削是近年来发展起来的一种很有潜力的精密超精密加工方法;其特有的摩擦力逆转和间歇切削特性不仅能有效地减少切削力,提高加工性能,理论上可以达到抑制切削颤振的目的。但是,实验中三维椭圆振动辅助切削对于颤振抑制的问题缺少相关研究;另外在不同切削条件下其本身是否具有稳定切削、防止颤振发生的能力也不得而知。为了研究三维椭圆振动切削过程中颤振现象,通过实验分析了普通切削与三维椭圆振动辅助切削过程中的时域振动信号,证明了后者对于颤振抑制的有效性;并对混联压电式三维椭圆振动切削过程中不同切削参数下的加工状态进行了划分。通过快速傅里叶变换以及计算相应切削状态下的表面粗糙度值,验证了三维椭圆振动辅助切削过程中的颤振现象。为进一步完善三维椭圆振动辅助切削技术,通过抑制颤振发生提高其加工精度以及表面质量提供了基础。

基于Solidworks的超声椭圆振动铣削振动仿真研究

针对当前普通铣削方法稳定性不足的问题,进行基于Solidworks的超声椭圆振动铣削振动仿真研究。采用Solidworks软件,模拟超声椭圆振动铣削过程,计算刀尖运动方程,从运动学角度,分析超声椭圆振动铣削运动轨迹,利用Solidworks motion运动仿真分析功能插件,设置相关运动仿真参数,建立超声椭圆振动铣削模型,分析超声椭圆振动铣削稳定性。通过实验,对超声椭圆振动铣削方法与普通铣削方法的稳定性进行对比。与普通铣削方法相比,该方法稳定性区域的面积更大,轴向切深值更高,且其稳定性远高于普通铣削方法。由此可知超声椭圆振动铣削方法有效。

三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究

为解决复杂曲面过渡区域加工残余高度不均匀、加工曲面表面质量下降以及干涉过切等问题,研究三维椭圆振动辅助车削刀具路径优化设计。针对这一系列问题,文章基于等角度、等弧长路径规划方法,提出一种路径规划优化算法模型,在过渡区插入一段圆弧,用数学解析法求解路径优化后的刀位点。以正弦曲面作为具体研究对象,利用仿真软件对路径进行仿真,结果表明提出的刀位点优化设计残余高度较传统算法降低27%;对复杂曲面过渡区进行放大,通过对比表明提出的路径规划优化算法过渡区表面光滑,无干涉过切现象;利用小波分析法对算法获得的表面形貌粗糙度进行评价,计算结果显示优化路径的表面粗糙度值Sq由0.0059降低至0.0045,Sa由0.0067降低至0.0038,表明优化路径算法得到的表面质量精度得到了提升。

不同材料的椭圆振动切削特性研究

基于椭圆振动切削机理,利用Thirdwave-AdvantEdge软件研究了椭圆振动切削过程,分析了椭圆振动切削难加工材料的切削机理,比较了铝、黄铜、不锈钢、镍合金四种材料在椭圆振动切削时切屑形态、切削力和剪切变形区温度的变化。模拟发现,不锈钢的平均切削力和切削温度接近于有色金属铝和黄铜,而远低于镍合金的平均切削力和切削温度。研究结果表明,椭圆振动切削不仅可以降低难加工材料切削时的切削力和切削温度,还有利于其切屑的排除,抑制积屑瘤的产生,提高表面加工质量。

应用微织构刀具的超声椭圆振动辅助切削研究

采用一种新型椭圆共振模式的振动切削结构,应用带有微观织构的硬质合金刀具对6061铝合金进行椭圆振动辅助切削研究。为了改善刀具前刀面在干切削过程中的摩擦状况以减少粘结,利用激光加工技术在硬质合金刀具前刀面分别生成圆形、交织矩形和并联矩形的微观织构。通过对6061铝合金进行正交干切削实验,对比带有织构刀具和常规刀具的切削效果,仿真分析不同织构对切削性能的影响。主要表征切削参数为切削力、切屑卷曲、刀具粘结和加工表面质量。结果表明:带有织构的刀具可在低速切削时改善切削效果,且矩形织构刀具的改善效果尤为明显。

超声椭圆振动车削三维形貌形成研究

为研究椭圆振动车削表面三维几何形貌形成规律及影响因素,采用金属切削理论对椭圆振动切削过程和三维切削模型进行了分析。研究结果发现:切削过程中相邻两转之间不同的相位差特征值对最终表面形貌有着重要的影响;通过已有的试验结果表明,相位差特征值分别为0和0.5时所形成的表面形貌截然不同,与理论分析结果相吻合。

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。

双激励超声波椭圆振动磨削装置设计及优化

基于ANSYS Workbench多目标驱动模块对双激励超声波椭圆振动磨削(UEVG)装置进行优化设计。基于等效电路法设计前盖板是λ/4(λ为波长)复合变幅杆的半波长换能器,先后建立带有载物台的变幅杆及UEVG装置的参数化模型进行模态、谐响应分析。根据10个设计点模态分析确定变幅杆最优尺寸,在此基础上通过42个设计点仿真分析获得UEVG装置的谐振频率、节面位置与结构尺寸的关系,并优化尺寸。优化后UEVG装置的谐振频率与理论设计频率的误差为0.24%,振幅高达16.7μm。