超聲波橢圓振動裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用.pdf

1、超聲波橢圓振動切削（UEVC，Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting）是一種將雙向高頻振動施加在刀具上，使其在切削方向和切屑流出方向分別做超聲頻振動的加工方法，是一種應(yīng)用于難加工材料和難加工工序的特種加工方法。
　　在分析UEVC相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以PZT-8材料為壓電晶體的超聲波夾心式換能器和圓錐形1/2波長超聲波變幅桿組成的超聲振子，搭建了由雙路信號發(fā)生器、功率放大器和兩個(gè)正交的超

2、聲振子組成的整套超聲波橢圓振動裝置。通過對變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一對長為62.5mm、縱向共振頻率為38781Hz、放大系數(shù)為2.86的圓錐形變幅桿，并在距大端面27.5mm處安裝法蘭盤。
　　利用阻抗分析儀和激光測振儀對兩個(gè)超聲振子共振頻率及振幅進(jìn)行精確測量。兩超聲振子的真實(shí)諧振頻率與理論共振頻率的偏差分別為0.27％和0.15％;當(dāng)換能器激勵電壓在100V～500V之間變化時(shí)，變幅桿的輸出端的振幅在25nm～15

3、00nm間線性變化，并可通過所得經(jīng)驗(yàn)公式對振幅進(jìn)行精確預(yù)測;實(shí)測的橢圓運(yùn)動軌跡與理論運(yùn)動軌跡較為符合，最大偏移值小于50nm。
　　借助Matlab分析了切削速度、橢圓傾斜角度及兩相激勵電壓的相位差對加工表面殘留高度的影響規(guī)律，試驗(yàn)研究了UEVC對PCD車削模具鋼NAK80、航空鋁合金T6061和不銹鋼S136時(shí)表面質(zhì)量和切削性能的影響，結(jié)果顯示:切削速度越小，工件表面橢圓振動痕跡越密集，表面質(zhì)量越好;適當(dāng)傾斜橢圓軌跡有助于減小工

4、件表面殘留高度;使兩相激勵信號的相位差略微偏離90°有利于提高表面精度。UEVC可減輕切削時(shí)的刀具磨損:加工NAK80時(shí)可消除前刀面的月牙洼磨損，降低后刀面的硬質(zhì)點(diǎn)磨損;加工S136時(shí)，可降低前刀面磨損，避免表面刀尖的崩碎;加工T6061鋁合金時(shí)，可有效抑制粘刀和積屑瘤。
　　UEVC加工時(shí)，由于刀具沿切深方向做高頻振動，在工件表面輪廓上填補(bǔ)了傳統(tǒng)切削時(shí)較深的溝槽，因此，表面輪廓在進(jìn)給方向上的波谷較淺，在切削方向上表現(xiàn)為幅值較小的