基于3-SPS并联机构的超声振动切削结构的研究.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术No．92014年9月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueSept．2014文章编号：1001—2265(2014)09—0001—05DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．09．001基于3-SPS并联机构的超声振动切削结构的研究术何宇，邹平，陈明方，谷忠仁，吴昊(1．东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110819；2．沈阳职业技术学院电气工程系，沈阳110045；3．中航沈飞民用飞机有限责任公司，沈阳110034)摘

2、要：针对硬脆性材料在加工过程中表面容易产生裂纹和凹坑等缺陷，应用超声振动切削原理，提出一种基于3．SPS机构的刀尖可做空间复杂轨迹振动的非共振型压电超声振动切削结构。首先叙述了结构的运动机理及刀尖的微观运动轨迹，设计出压电振子结构，建立工作头的三维模型，并对工作头机构进行了运动分析、仿真和动力学分析，最后进行结构优化以及应力校核并加工出样机，验证该结构的可行性并得到其刀尖能够产生空间复杂振动轨迹的结论。关键词：脆硬性材料；3一SPS并联机构；振动切削；压电振子中图分类号：TH165；TG51l文献标识码：AStudyofUltrasoni

3、cVibrationCuttingStructureBasedonthe3．SPSParallelMechanismHEYu，ZOUPing，CHENMing—fang，GUZhong．ren，WUHno(1．SchoolofMechanicalEngineering&Automation，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China；2．DepartmentofElectricalEngineering，ShenyangVocationalandTechnicalCollege，Shenyang

4、l10o45，China)Abstract：Inviewofthehardbrinlematerialintheprocessofmachiningsurfaceit’Seasytogeneratethedefectssuchascracksandpotholes．Applicatingultrasonicvibrationcuttingprinciple，thepaperputsforwardakindofnon．resonantultrasonicvibrationCUttingstructurebasedon3一SPSParalle

5、lMechanism．inwhichtheto0ltipcanactwithcomplexvibrationtrackinspace．Firstly．introductionofmovementmechanismofthestructureandthethemicromotiontrajectoryofthetiparedepicted，followedbydesigningapiezoelectricvibratorstructureandestablishingthethree—dimensionalmodelofthe3一SPSvi

6、brationCUttingstructure．Sec—ondly．motionanalysis．simulationanddynamicsanalysishavebeentookviatheoricalandFEMmethord，Finally，throughstructureoptimizationandthestresschecking，ithasbeenverifiedforthefeasibilityofthestructureandtheabilityofthebladecapableofproducingcomplexvib

7、rationtrajectory．Keywords：brittlehardmaterials；3一SPSparallelmechanism；vibrationcutting；piezoelectricvibrator0引言随着工程陶瓷等硬脆性材料的广泛应用，其加工过程中表面容易产生裂纹和凹坑等缺陷日待解决⋯，20世50年代，日本学者隈部淳一郎采用超声振动切削技术加工硬脆性材料并显著了改善工件质量引，但切削结束刀具离开工件时，其后刀面会摩擦、撞击工件已加工表面，这样既影响加工质量，而且降低刀具寿命。。本文中所设计的基于3-SPS并联机构的非

8、共振型超声振动切削结构，其刀尖可以在空间内做复杂轨迹的振动，不仅仍然能实现对硬脆性材料的加工，还图1原理图和装配图可以实现复杂型面的精密加工。该结构主要由基座、压电振子、膜片平台和刀具夹13-