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超声振动辅助铣削机理及实验研究
作 者: 尹天津
导 师: 张建华
学 校: 山东大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 超声振动 振动切削 MATLAB 端铣 振动工作台
分类号: TG663
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 204次
引 用: 2次
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内容摘要
铣削是最常用的金属材料加工方法之一。铣削以断续切削为基础,而且对振动非常敏感。在利用微径铣刀进行端铣时,与加工相关的振动问题非常严重。小尺寸刀具在加工过程中更容易产生变形而导致加工过程不稳定。微径端铣刀的过度偏转会导致公差过大和表面粗糙度升高。振动辅助切削是在传统切削中刀具与工件的相对运动基础上,将外激周期振动加到两者上,以获得更好的切削性能的加工方法。振动辅助切削的基本特点是能够使刀具切削刃与工件周期性的分离。将超声振动和传统的铣削加工进行复合,通过合理的选择加工参数,使两者互为有利条件,可以提高材料去除率,提高加工精度,减小切屑变形量。该复合加工技术可应用于各种难加工材料的加工,具有重要的理论意义和广泛的实用价值。本文对超声振动辅助铣削技术进行了机理研究和实验分析,确定了超声振动辅助铣削时,端铣能实现刀刃与工件周期性分离的必要条件。主要包括如下的内容:对超声振动辅助切削加工技术进行了研究。理论分析了在直角自由振动刨削中加入沿进给方向的振动,得出在切削过程中刀具与工件能否产生周期分离的条件之一:临界切削速度(critical cutting speed).指出临界切削速度仅与振动的频率和振幅相关。能够产生振动切削的必要条件之一是切削速度小于临界切削速度。同时,对高速切削和振动切削的机理进行了对比分析,发现振动切削的本质类似于高速切削,都能够增大剪切角并减少积屑瘤的产生对超声振动工作台进行分析,并针对本文的研究内容,采用超声振动振子,合理设计夹具结构,保证了后续实验工作的顺利进行。对超声振动辅助铣削的刀刃运动轨迹进行了理论分析,运用MATLAB对刀刃的运动轨迹进行了仿真。通过在不同参数下进行的仿真运算与理论分析,得出了在超声振动端铣中,能够使刀具切削刃与工件周期性分离的必要条件:超声振动振幅要大于每齿进给量的1/2;在一个切削周期内,不能出现超声振动波长的整数倍。使用设计开发的超声振动工作台,结合实验室已有设备进行了超声振动辅助铣削实验。经实验验证,超声振动辅助铣削能够提高工件的尺寸精度,有利于断屑,并且能够降低沿进给垂直方向的切削力。
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全文目录
目录 5-7 CONTENTS 7-9 摘要 9-11 ABSTRACT 11-13 第1章 绪论 13-23 1.1 振动切削技术的研究状况与发展趋势 13-18 1.1.1 振动切削的产生与发展 13-17 1.1.2 振动切削的发展趋势 17-18 1.2 振动切削技术的分类 18-19 1.3 振动切削技术的特点 19-20 1.4 本课题来源、意义及研究内容 20-23 1.4.1 本课题来源及意义 20-21 1.4.2 本课题的研究内容 21-23 第2章 振动辅助切削机理及相关研究概述 23-39 2.1 高速切削机理分析 23-30 2.1.1 高速切削的产生与发展 23-27 2.1.2 高速切削机理进一步分析 27-30 2.2 振动切削机理分析 30-37 2.2.1 揭示振动切削本质的切削方法 30-31 2.2.2 切削刃的运动机理 31-36 2.2.3 临界切削速度vc和切削现象的速度特性 36 2.2.4 振动切削对加工表面的影响机理 36-37 2.3 本章小结 37-39 第3章 振动工作台 39-53 3.1 振动驱动器的选择 39-43 3.1.1 电磁振动型 39-40 3.1.2 电气—液压型 40 3.1.3 机械—液压型 40-41 3.1.4 机械式 41-42 3.1.5 电致、磁致伸缩换能器 42-43 3.2 压电陶瓷微位移器特性分析 43-48 3.2.1 压电陶瓷基本原理 43-44 3.2.2 压电陶瓷基本特性 44-46 3.2.3 出力—位移特性 46-48 3.2.4 温度特性 48 3.3 超声振动试验台 48-51 3.4 本章小结 51-53 第4章 超声振动铣削运动学分析及实验研究 53-67 4.1 超声振动辅助辅助铣削刀刃运动学分析 53-60 4.2 超声振动辅助铣削实验 60-61 4.2.1 实验目的 60 4.2.2 超声振动辅助铣削实验条件 60 4.2.3 超声振动辅助铣削实验 60-61 4.3 超声振动辅助铣削实验结果分析与讨论 61-66 4.3.1 切屑形貌 61-62 4.3.2 表面粗糙度 62-64 4.3.3 切削力 64-65 4.3.4 工件尺寸精度 65-66 4.4 本章小结 66-67 结论与展望 67-69 参考文献 69-75 致谢 75-76 学位论文评阅及答辩情况表 76
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 特种加工机床及其加工 > 超声波加工机床及其加工
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