超声振动辅助ELID复合内圆磨削系统中大负载变幅器的设计及应用

为解决超声振动辅助ELID复合内圆(UAEI)磨削陶瓷等硬脆材料的声学系统设计难题,对驱动几何尺寸大、质量重的金属结合剂金刚石砂轮用的小端较长的变幅器进行理论设计及优化。基于弹性波在介质中的传播规律,利用MATLAB确定变幅器取值方案,再根据加工要求并结合ANSYS模态分析筛选出符合要求的方案,然后采用零阶算法进一步优化处理,得到满足几何尺寸、应力及振动频率要求的变幅器尺寸。对设计出的变幅器进行振动特性测试,其谐振频率理论误差为0.192%~1.824%,符合预期设计要求。采用研制出的UAEI磨削系统进行加工特性测试,与在线电解修整砂轮(ELID)内圆磨削比较,其工件的表面粗糙度降低了44.2%,且工件三维形貌更加平整,砂轮表面状况获得改善。