小型超聲波鉆床設計畢業設計(論文)(完整版)

　　

【正文】 areas of difficult materials many of the key technology to solve problems, and achieved good results. Paper focuses on the basic ponents of ultrasonic machining and ultrasonic machining system characteristics, such as the generator, transducer, horn and ultrasonic abrasive machining, etc., and the typical ultrasonic machining process by way of ultrasonic drilling experiments were carried out research and analysis, and finally obtained the characteristics of ultrasonic machining, ultrasonic machining of the unique merits of a good argument. The purpose of this paper, based on the basis of the characteristics of ultrasonic drilling, conceived and 6 designed ultrasonic drilling rig. Mainly to meet the design simple, smooth motion, easy operation, can achieve more than the direction of movement, etc., well positioned to meet the progress of the ultrasonic drilling process to give clamping. Looking ahead, prospects for ultrasonic machining technology is good. With the traditional processing techniques and hightech development, ultrasonic vibration cutting technology is used widely. The more people the ultrasonic machining bined with other processing methods, and gradually formed a variety of processing methods. Ultrasonic machining technology in the modern industrial, defense and hightech areas such as widely used Key words Ultrasonic machining Generator Transducer Horn 本科畢業設計說明書（論文） 第 0 頁共 45 頁 0 目次 1 緒論 ................................................................... 1 2 超聲波加工原理與系統組成簡介 ........................................... 5 超聲波加工原理 ........................................................ 5 超聲波加工系統組成 .................................................... 6 3 小型超聲波鉆床設計 .................................................... 14 超聲波發生器的選用 .................................................. 14 超聲波換能器的設計 .................................................. 14 變幅桿設計 .......................................................... 15 鉆床的機架設計 ...................................................... 16 4 超聲波鉆實驗論證 ...................................................... 28 磨料沖擊超聲波加工介紹 .............................................. 28 磨料沖擊超聲加工實驗 ................................................. 30 結論 ..................................................................... 36 致謝 ..................................................................... 37 參考文獻 ................................................................. 38 本科畢業設計說明書（論文） 第 1 頁共 45 頁 1 1 緒論 超聲波加工技術是高新加工技術之一，也是當今世界各國一個熱門的話 題。 幾十年來，超聲加工技術的發展迅 速，在超聲振動系統、深小孔加工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、超聲復合加工領域均有較廣泛的研究和應用，尤其是在難加工材料領域解決了許多關鍵性的工藝問題，取得了良好的效果。 畢業設計說明書、開題報告等文本內容寫作規范，圖紙表達基本符合工程圖紙要求，整體來說符合畢業設計相關要求。 該生畢業設計整體來說完成的比較出色，但也有某些不足的地方，如在工程圖紙表達上還存在尺寸標注不全、公差不合理等情況，這主要是因為平時缺乏相關工程項目開發的經驗。 論 文著重介紹了超聲波加工系統基本組成和超聲波加工的特點，如發生器、換能器、變幅桿和超聲磨料加工等，并通過超聲波加工中典型加工方式 —— 超聲波鉆進行了實驗、研究和分析，最終得出超聲波加工的特點，對超聲波加工的獨特優點進行了很好論證。對于超聲波技術的探究的人越來越多，更多的超聲加工技術被應用于各種生產加工，已經涉及到許多領域，在各行各業發揮了突出的作用。在美國，利用工具旋轉同時作軸向振動進行孔加工已取得了較好的效果。該方法是在鉆孔后對孔進行精加工處理，通過機械 —— 超聲強化處理，在普通機床上達到精鉸、研磨的精度，可 實現機械化。然而，由于工程陶瓷等難加工材料具有極高的硬度和脆性，其成形加工十分困難，特別是成形孔的加工尤為困難，嚴重 阻礙了應用推廣。 美國堪薩斯州立大學提出了一種超聲旋轉加工陶瓷材料去除率模型的計算方法，并將其應用到氧化鋯陶瓷的加工中，確定了材料去除率和 加工參數之間的關系，該研究大大推動了陶瓷材料旋轉加工技術的發展。 同濟大學對超聲加工建筑玻璃小孔的實驗進行了研究，探討了工具振動的振 幅、頻率、工件材料、進給壓力、工作介質等主要加工參數對材料去除率的影響規律。研究表明，該方法不僅大大提高了材料的去除率，而且加工成本也有所降低。 (3) 對振動切削機理深入研究 當前和今后一個時期對振動切削機理的研究將主要集中以下幾個方面： ① 在振動切削狀態下工件材料是如何與工件分離并形成屑的。 此外，超聲加工技術在迅猛發展的汽車工業中已有非常廣泛的應用，目前主要用于精密模具的型孔、型腔加工，難加工材料的超聲電火花和超聲電解復合加工，塑料件的焊接，以及清潔度要求較高的小孔窄縫零件的清洗。主要由超聲波發生器、換能振動系統、磨料供給系統、加壓系統和工作臺等部分組成。超聲加工常用的頻率是從 本科畢業設計說明書（論文） 第 6 頁共 45 頁 6 20kHz 到 40kHz，位移振幅在 10~100μ m 之間。 圖 22 震蕩 放大型超聲波發生器方框圖 （ 1） 超聲波震蕩器 超聲波震蕩器的作用是產生一個一定頻率的信號，用以推動后面的放大部分。其工作原理圖如下圖 2圖 25所示。當線圈中通以一定直流電流 Io 產生最佳偏磁場 Ho 后，再通過以交變電流 I使其產生交變磁場 H~，使 H~重疊于 Ho之上，由此鐵芯中的磁場將在 Ho 水平上變化。隨選用的疊片多少，可以獲得不同的輻射面積。 。超聲變幅桿還可以作為機械阻抗變換器，在換能器和負載之間架起橋梁，進行阻抗匹配，使超 聲能量更有效地從換能器向負載傳輸。其中 Mp 是指變幅桿工作在共振頻率時，輸出端與輸入端的質點位移或速度的比值；形狀因數ψ是衡量變幅桿所能達到最大振動速度 本科畢業設計說明書（論文） 第 13 頁共 45 頁 13 的指標之一，它僅與變幅桿的幾何形狀有關，值越大，通過變幅桿所能達到最大振動速度也越大。 圖 212 為三段復合變幅桿。 超聲波換能器的設計 由于壓電式換能器較易實現，這里設計選擇壓電陶瓷型換能器。 R1 與換能器的尺寸一致，對于一個特定的換能器十一個固定的值。因深溝球軸承運用廣泛，運動良好，這里我選用此軸承，參考機械設計手冊，示意圖如下： 34 圖 34 根據 d=20mm,可查得 D取 42mm,B=，示意圖如下： 圖 35 底盤 圖 36 支承桿 ③在草稿上進行簡單的強度校核 校核通過，確定床身的最終結構尺寸。 ④材料的選擇 考慮其加工性良好，這里底盤與支撐都選擇 45 鋼。 ⑤選擇加工方式及熱處理 工作臺可通過數控加工中心銑削或線切割的方式得到，絲杠可通過數 控車削的方式得到。采用一端固定，一端移動的形式。 本科畢業設計說明書（論文） 第 25 頁共 45 頁 25 圖 313 超聲鉆固定套 示意 ③在草稿上進行簡單的強度校核 校核通過，確定 超聲鉆固定套 最終結構尺寸。下面我們在進行實驗之前就先講下，磨料沖擊加工的的基本原理。 ⑴傳遞到工具頭的超聲頻率和振幅對加工效率的影響 當頻率一定時增加振幅，或當振幅一定時增加頻率都可以提高加工速度，但過大的振 本科畢業設計說明書（論文） 第 29 頁共 45 頁 29 幅和過高的超聲頻率都會使工具或變幅桿承受很大的內應力，如果超過其疲勞強度時，使用壽命將會大大降低，甚至遭到破壞。所以在設計超聲工具時一定要考慮盡可能有利于工作液的循環。它們的共同特點是高硬度、高脆性 ，都適于用磨料沖擊超聲進行加工。判斷水霧化的方法就是用勺把水澆到變幅