旋转超声加工机床的超声振动系统设计开题报告

全文总字数：3052字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

国内外旋转超声加工机床技术指标

旋转超声加工机床非常适合于加工各种性质的硬脆性材料和复合材料，也很适于难加工材料的深小孔加工。普通的超声加工机床的加工方式，依赖于磨料悬浮液对工件抛磨以及超声空化来进行加工，这种加工方法对材料的去除率不高，而且加工的精度也难以保证。旋转超声加工机床原理是利用工具端面金刚石的超声振动以及超声空化来进行加工，很好的兼顾了超声加工的有点和

金刚石良好的切削性能。依靠金刚砂颗粒瞬时局部冲击作用来去除工件材料，切削力很小，产生的切削热也就很小，不会产生过大的变形和发热，以至于改变材料的电化学性能，并且可以达到较好的表面加工质量。可获得0.25μm的表面粗糙度值。

旋转超声加工机床主要由超声波发生器和超声振动系统组成。超声波发生器也就是超声波电源的主要功能是提供稳定频率的电源，保证加工的稳定性，而超声振动系统则由声电换能器，变频杆和工具杆组成。

超声振动系统是旋转超声加工机床的技术核心，因此对超声振动系统的设计影响了旋转超声加工机床的最终性能。

到目前为止，英、美、苏、德、日、中等国家对旋转超声加工设备以及工艺方法有了一定的研究。各国机床的基本参数性能如上表[2][16]。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要研究的是旋转超声加工机床中超声振动系统的设计，而具体分为，超声换能器，超声变幅杆和工具杆的设计。

超声换能器的作用是进行声电转换，将超声波发生器的一定频率的超声电波转换为一定频率的振动，这一部件关系到机，电的耦合，声能传递的效果以及能量损耗等问题。因此超声换能器的设计要注重声电转换时的稳定性以及能量损耗问题。换能器一般使用压电陶瓷片或磁滞伸缩器两种器件来实现能量转换，而压电换能器的转换效率比较高，可通过换能器的等效电路实验在不同阻抗，负载对电路的影响，总而选定较优的阻抗，得到更高的能量转换率。

超声变幅杆的作用则在于将换能器的振幅增大用于加工，并且还担任着机械阻抗变换器的功能，让超声换能器与加工环境更好的匹配来传递声能。变幅杆的设计需要尽量做到低阻抗，而且需要一定的机械强度，刚度。而工具杆属于执行部件，工具杆头部焊接或电镀金刚石，用于冲击切削工件。所以要保证加工的精度，工具杆的性能很关键，要选择适合的金刚石基体材料。在满足工作能力的情况下，变幅杆与工具头的长度越短越好，减少z轴的尺寸空间。杆材料不同，能量的损耗也不同，可以通过实验得到损耗较少的材料作为杆材，并且可以通过振动实验，得到材料的共振频率，长度，节点位置以及放大系数。从而得到变幅杆的几何尺寸。

3. 研究计划与安排

具体的毕业设计的时间分配是

3月6号前

学院完成毕业生参与毕业设计(论文)资格认定工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王怀斌．旋转超声磨削加工工艺及装置的研究[d].天津.天津大学精密仪器与光电子学院.2010.

[2]郑书友. 旋转超声加工机床的研制及实验研究[d].福建.华侨大学.2008.

[3]李贵花.旋转超声加工振动系统的研究[d].北京.北方工业大学.2010.