旋转超声加工用纵扭共振变幅杆的动力学分析.pdf

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1、第3期机械设计与制造2014年3月MachineryDesign&Manufacture93旋转超声加工用纵扭共振变幅杆的动力学分析袁松梅，胡俊杰，李辉(1．北京航空航天大学机械T程及自动化学院，北京100191；2．沈阳机床(集团)有限责任公司，辽宁沈阳110142)摘要：旋转超声振动加工在h．．v-硬脆性复合材料方面应用越来越广，旋转超声振动系统性能的好坏直接影响超声加工的质量，而超声变幅杆是该系统中必不可少的结构器件。针对超声铣磨加工，设计了一种纵扭共振复合型变幅杆。计算了纵振圆锥一圆柱复合变幅杆的结构参数和功能参数，并与有限元分析结果做

2、了比较。阐述了通过圆环斜槽来实现振型转换的基本原理，并通过有限元分析的方法，分析了斜槽的几何参数对变幅杆振动模态和性能参数的影响规律。关键词：复合型变幅杆；圆环斜槽；有限元分析中图分类号：TH16；V261．92文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)03—0093—04DynamicsAnalysisofL0ngitudinal—TOrsiOnalHornforRotaryUltrasonicMachiningYUANSong—mei，HUJun-jie，LIHui。(1．SchoolofMechanicalEngineerin

3、g＆Automation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China；2．ShenyangMachineTool(group)Co．，Ltd．，LiaoningShenyang110142，China)Abstract：Rotaryultrasonicmachiningisusedinmachininghardandbrittlematerialsmoreandmorewidely．Thepropertyofrotaryultrasonicsystemaff

4、ectstheprocessingqualitydirectly"，whiletheuhrasonichornistheessentialcomponentinthissystem．Akindoflongitudinal-torsionalhornforultrasonicmillingmachiningWasdesigned．Thestructureparameterandfunctionalparameterofthiscone-cylinderhornwerecalculatedandcomparedwiththesimulationre

5、suhsbyFEA．Thenthebasicprinc~leformodaltransJbrmationbydiagonalsiltsWasstated．FEAmethodWasalsousedtoanalyzetheinfluenceofthegeometricalparametersofdiagonalslitsonmodeandpe咖rm肌ceparameterofthehorn．KeyWords：CompoundHorn；DiagonalSlit；FEA可实现扭振的结构有很多，主要有：1引言切向极化压电换能器、周向磁致伸缩扭转换能器、纵

6、扭超声振动加工是将超声频电信号转换成同频率的机械振动推挽式振动装置、螺旋沟槽式振动装置、斜槽式纵扭复合振动装信号来进行机械加工的一种特种加工方法。传统的超声加工是利置1等。切向极化的压电换能器和周向磁致伸缩扭转换能器的功用工具端面振动，冲击磨料悬浮液来进行材料去除的，特别适用率有限，难以满足铣磨加工对大功率的要求；纵振推挽式振动装于硬脆性材料的加工。然而传统超声振动加工工具磨损严重，加置难以实现整个振动装置的旋转，不宜用于高速旋转加工；螺旋工效率不高，对于复杂型腔，需设计复杂的工具结构。因此，近些年旋转超声加工越来越被人们所关注。旋转超沟槽式振

7、动装置影响振动频率的结构参数多，纵扭转换模型较为声加工综合了超声加工和磨削加工的特点，很好地弥补了传统复杂。超声加工的不足。德国某公司在旋转超声加工方面取得了突出在同一变幅杆中传递纵振和扭振的条件比较苛刻，对于扭成就。振或纵扭复合振动变幅杆的性能，目前，相关的理论研究较少，2扭转振动的实现方式尤其是斜槽几何参数对振动模态的影响等相关方面的研究。设计了一种谐振频率为20kHz的圆锥一圆柱复合型变幅超声振动系统是旋转超声加工的关键设备，主要包括换能器、变幅杆、工具杆等。振动形式分为纵振、扭振、弯振、纵扭共振、杆，通过在圆柱段开设斜槽，来实现振型的转

8、换。对于带有圆环斜纵弯共振等，一般由不同性能的换能器或特殊结构的变幅杆来实槽的变幅杆的设计，目前尚无可行的理论计算方法，本次没计采现。针对超声铣磨加工