纵振超声刀柄优化设计研究

基于硬脆材料难加工的问题,在传统刀柄基础上进行改进设计出超声刀柄。以纵振超声刀柄为研究对象,利用Ansys对其进行模态和谐响应分析,得到刀柄各节点振型和幅频曲线。仿真结果表明,超声刀柄在23kHz频率附近存在轴向纵振模态,其振动节点位于变幅杆锥面上。用激光多普勒测振仪与阻抗分析仪测试超声刀柄刀具和尾部振幅及阻抗曲线。测试结果表明,谐振频率为23.9kHz时,最大振幅达到10.54μm,与仿真基本一致。最后通过在刀柄上安装平衡环,达到刀具振幅增大,刀柄尾部振幅减小的效果,提高了超声刀柄实际加工中的精度和稳定性。

硬质合金加工用无线超声刀柄开发

钨钴硬质合金在加工过程中存在边缘崩缺、裂纹及表面质量低的现象,针对该问题,开发了一种适用于BT40锥柄的超声振子。使用ANSYS验证其振动模态和频率后与无线能量传输模块及锥柄进行装配,得到可适配普通BT40机床的无线超声刀柄;在无线刀柄上安装三种典型的硬质合金加工刀具,利用激光位移传感器标定不同激励电流下的工作频率及振幅。对YG6X硬质合金工件进行非球面的铣磨加工试验,结果显示超声铣磨可以有效降低普通铣磨过程中主轴转速较低时出现的工件边缘破损情况;增加主轴转速对于非球面底部的形状精度提高有限,但是增加超声振幅可以降低形状误差并降低底面轮廓线的粗糙度。