超声振动车削装置结构设计与实验研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着航空航天产业的迅速发展，脆性晶体材料、黑色金属材料由于其在极限环境下的优良性能而受到越来越多的关注。然而，这些材料大多属于硬脆材料，存在断裂强度接近于屈服强度及各向异性等特点，使得采用常规加工方法易出现裂纹和凹坑等缺陷，同时高的硬度还会使刀具磨损加剧、寿命缩短，因此，如何实现这类材料的高效加工，是一个亟待解决的难题。椭圆振动切削（Elliptical Vibration Cutting，EVC）因其具有可有效降低切削力和减少切削热及刀具磨损等特点，被广泛认为是一种极具发展前景的切削方法，其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。通过分析现有的超声椭圆振动切削装置，设计了一种超声椭圆振动装置，置于壳体单元内的超声振动换能器、模态转换器和设置在模态转换器前端的刀具；所述的壳体单元包括上盖板、支撑板、外套筒和下盖板，支撑板设置在外套筒上，用于和车床刀架联接；所述的超声振动换能器包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板和螺栓通过螺纹联接将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板压紧固定；模态转换器设置在前盖板的前端。利用该装置分别对铝合金试件进行了车削实验，从而完成对工件的精密切削加工，消除或减轻由于切削引起的自激震荡，有效地延长刀具寿命，减小切削变形程度，提高加工表面光洁度。

2. 研究内容和预期目标

设计一种超声振动车削装置，该振动车削装置包括壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、模态转换器和设置在模态转换器前端的刀具；所述的壳体单元包括上盖板、支撑板、外套筒和下盖板，支撑板设置在外套筒上，用于和车床刀架联接；所述的超声振动换能器包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板和螺栓通过螺纹联接将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板压紧固定；模态转换器设置在前盖板的前端。当超声振动能量从超声振动换能器传递到模态转换器末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为模态转换器末端的纵弯复合超声椭圆振动；并驱动刀具和振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动，当刀具与工件接触时，对工件进行超声振动车削。超声振动车削系统工作频率20-40kHz，功率100-300W，振幅1-20微米可调。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用先进行模拟分析后进行实验的方法进行研究，主要采用有限元分析如见ansys以及三维建模软件ug、solidworks作为辅助软件，研究步骤如下：

1、设计一种超声振动车削装置，该振动车削装置包括壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、模态转换器和设置在模态转换器前端的刀具

2、模拟超声振动车削装置在特定工作环境下的工作状态以及能量分布情况。

4. 参考文献

[1] 孙恒, 陈作模, 机械原理(第7版), 2006, (05)

[2] 濮良贵, 机械设计(第九版), 2013,(05)

[3] 成大先,机械设计手册(第5版), 2014,(05)

5. 计划与进度安排

1.2022-1-14～2022-2-22 查阅资料，了解超声振动车削装置结构国内外研究现状和发展前景，了解超声换能器的设计方法。撰写开题报告和翻译外文资料；

2.2022-2-22～2022-3-6 查阅相关资料，确定超声振动车削装置总体结构设计；

3.2022-3-6～2022-3-30 超声振动车削装置二维驱动系统、刀架等结构设计；