尖形切割刀超聲波聲學系統研究.pdf

1、Nomex蜂窩材料作為一種具有代表性的復合材料,因其密度小,高比剛度和強度,性能穩(wěn)定和絕緣性好等眾多優(yōu)越性能被航天航空、建筑和汽車等領域廣泛使用。但由于Nomex蜂窩材料特殊的蜂窩狀結構和材料基體,在加工時可切削性差導致各種加工質量問題。而超聲波切割技術的引入對提高Nomex蜂窩材料的加工質量有顯著效果。超聲波切割具有切割力小,切割質量好,不粘刀無粉塵和加工效率高等優(yōu)點。超聲波切割刀是超聲波切割技術具有優(yōu)越性的主要因素之一。因此研究一種

2、超聲波切割設備,主要是聲學系統,是非常具有實用意義的。
　　針對Nomex蜂窩材料的粗加工,本文提出了一種超聲波切割主軸設計方案,并設計研究了一種尖形切割刀超聲波聲學系統,主要內容分為六個部分。
　　第一章,介紹了Nomex蜂窩材料的特性與加工方法,以及國內外蜂窩材料的研究發(fā)展現狀;介紹了超聲波切割技術、超聲波切割刀具和超聲波切割主軸三方面的國內外研究狀況。在此基礎上說明本文的研究意義,并闡述主要研究內容。
　　第二章

3、,首先分析了Nomex蜂窩材料的動力學響應。其次根據現有超聲波主軸特點設計了一種蜂窩材料超聲波切割主軸,包括主軸總體結構設計、軸承和電機等零部件的設計分析。從這兩方面對蜂窩材料超聲波切割技術做了簡要研究。
　　第三章,討論了超聲波聲學系統的設計方法,并設計了一種諧振頻率為20kHz的尖形切割刀超聲波聲學系統,包括壓電換能器和復合變幅桿的理論分析、參數設計和三維建模,以及超聲波尖形切割刀的結構形狀設計和動力學模型分析。
　　第

4、四章,介紹了有限元分析法,分析了模態(tài)分析和諧響應分析的理論模型,并用ANSYS Workbench軟件對尖形切割刀超聲波聲學系統進行了有限元分析:1.研究刀具幾何尺寸對固有頻率的影響,找到具有理想振型和固有頻率的尖形刀幾何尺寸。2.對兩種復合變幅桿和尖形刀組合體的模態(tài)分析和諧響應分析,研究諧振頻率下所設計的變幅桿和尖形刀組合體的動態(tài)特性。
　　第五章,利用激光位移傳感器CD5系列測試系統測量了自行研制的超聲波尖形切割刀的在20kH