气凝胶超声铣削圆形刀设计

针对传统机械加工气凝胶出现的粉尘、材料凹陷、破损等问题,对气凝胶材料加工方式、加工刀具等方面进行了研究,提出了以超声铣削方式加工气凝胶材料。对圆形刀进行了结构设计,分析了圆形刀在强迫外力、自身阻尼力、声波作用力下的振动特性以及自由振动时自身的固有频率f,建立铣削力方程,从理论角度证明了超声铣削力要小于普通铣削力,利用ANSYS Workbench软件对刀具进行了各阶模态分析,并对比了各阶模态振型图和振型位移矢量图。研究结果表明:当f=19 407 Hz时,振型沿圆形刀径向传递,在刀具边缘时振幅达到最大,是超声铣削加工的理想振型;通过超声铣削方式加工气凝胶材料,能够实现减小铣削力、提高加工质量等功能,加工效率高。