多功能旋转超声加工装置的设计与优化.pdf

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1、《电加工与模具)2013年第5期设计·研究多功能旋转超声加工装置的设计与优化黄帅，刘新，瞿娇娇，陈发泽，徐文骥(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024)摘要：设计了一种多功能旋转超声加工装置．可使多种普通机床具有运用旋转超声加工工艺加工硬脆软材料的功能。装置的标准莫氏锥与腔体分离且易更换，超声电信号由电磁感应非接触方式传输至振动系统。振动系统的换能器和变幅杆一体化设计为复合体，并用有限元方法进行优化．工具头用热装方式与振动系统连接。关键词：旋转超声加工；有限元；热装方式；振动系统中图分类号：TG663文献标

2、识码：A文章编号：1009—279X(2013)05—0040—04TheDesignandOptimizationofMultifunctionRotaryUltrasonicMachiningDeviceHuangShuai，LiuXin，QuJiaojiao，ChenFaze，XuWenji(DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：Thedesignofthemuhifunctionalrotaryultrasonicmachiningdevicecan

3、makethevarietyofordinarymachingtooltomachinesoftandhardmaterialsbyusingtherotaryultrasonicmachingingprocess．ThestandardMorsetaperandcavityofthedevicearedetachableandcanbeeasilyreplaced．Theultrasonicsignalcanbetransmittedtovibrationsystembynon—contactelectromagneticindu

4、ction．Thetransducerandhornofvibrationsystem8reintegratedasawholeandhavebeenoptimizedbyusingfiniteelementmethod．Thetoolheadconnectstothevibrationsysteminhotchargingmode．Keywords：rotaryultrasonicmachining；6niteelement；hotchargingmode；vibrationsystem目前，超声波技术已非常成熟，在测量、医学、工

5、件．在主轴方向以超声频率振动并随主轴高速旋制造、清洗等领域得到了广泛应用。自1927年美国转的一种加工方法。其加工机理包括锤击、划擦、磨物理学家成功利用超声振动技术对玻璃板雕刻和抛等；若在冷却液作用下加工，还有交变液压冲击快速钻孔以来。各国学者都对这项技术进行了深人波和空化作用．材料去除包括脆性去除和塑性去除研究．其加工对象主要为传统加工方法难以加工的[6-7l。旋转超声钻削加工的材料去除率约为普通超声硬、脆、软材料。隈部淳一郎对一维超声振动的装置钻削的10倍，且能加工深径比更大的~L[Sl。袁小飞设计、加工机理、应用等方面进行了系

6、统研究[1】。二等嘲设计了用于铝合金加工的旋转超声铣削设备。维超声椭圆振动切削在降低切削力、切削热、抑制王怀斌【研制了旋转超声磨削加工装置，并用于铁刀具磨损和加工时的颤振、提高加工质量等方面表氧体、陶瓷、玻璃等材料的加工。旋转超声加工技术现出较好的性能[2-4]。Suzuki等设计出三维超声振动与其他加工方法相结合已成为加工硬脆材料的重装置并成功用于加工实验【5】。要方法之一，其中的关键技术是旋转超声加工装置旋转超声加工是采用固结磨粒的工具头加工的设计。若装置可作为附件添加到其他机床上，且在不破坏机床原有结构的条件下具有多功能性，便

7、收稿Et期：2013—06—07能使该项技术得到广泛应用和推广。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275072)；国家重点基础肖永军等[11l设计的旋转超声磨削装置采用碳刷研究发展计划(973计划)资助项目(2011CB706704)第一作者简介：黄帅，男，1987年生，硕士研究生。传输电能，主轴旋转时有滑动磨损，且不适合高速·-——40-——设计·研究《电加工与模具)2013年第5期运转。高频传输电能时会产生接触火花，还存在积器时，此方案可保证装置其他部件的结构无需改碳和漏电等问题。皮钧2]研制的旋转超声刀柄系变。为实现振动

8、系统随主轴旋转，采用非接触感应统采用感应电能传输方式。有效解决了碳刷传输电电能传输方式。初级线圈3由固定圈2固定在主轴能带来的问题。但目前的旋转超声加工装置多存在外壳9上，不同机床使用该装置时只需更换固定圈以下问题：非接触传输电能的两