超聲振動輔助銑削加工技術及機理研究.pdf

1、振動切削可以改善切削加工效果，振動車削、振動鉆削、振動磨削等的研究較為廣泛并已實際應用，但振動銑削的研究甚少。本文對單向超聲振動輔助銑削加工技術及機理進行了系統(tǒng)的探索性研究。
　　 本文的主要研究內容包括：①單向超聲振動輔助銑削運動學分析；②超聲振動輔助銑削銑削力的實驗研究；③超聲振動輔助銑削溫度場的有限元仿真分析；④超聲振動輔助銑削對工件動態(tài)變化和加工尺寸精度的影響；⑤超聲振動輔助銑削加工表面粗糙度研究；⑥超聲振動輔助銑削加工

2、表面的摩擦學性能研究。以立銑加工為研究對象，針對垂直于進給方向振動和進給方向振動兩種單向振動模式，分別進行了刀尖軌跡的二維計算分析，建立了瞬時切削厚度的計算模型，探討了不同振動方式下的切削力波形特點，分析得出了最佳的單向振動模式，并對理論分析結果進行了實驗驗證。研究結果表明：在匹配合理的切削和振動參數(shù)條件下，進給方向超聲振動輔助銑削(下文簡稱超聲振動輔助銑削)能夠體現(xiàn)出超聲振動切削的特征，將原來單個銑削周期內的連續(xù)銑削轉變分離式的微細分

3、割斷續(xù)銑削，有效地改進傳統(tǒng)銑削加工機理。實驗研究分析了進給方向超聲振動對銑削過程中各方向銑削分力峰值的影響，應用RSM方法和ANOVA方法對最大銑削力進行了數(shù)學統(tǒng)計建模和分析。研究結果表明：超聲振動對進給方向銑削分力峰值變化影響顯著，選用合理的超聲振幅可有效降低進給方向銑削分力峰值；超聲振動輔助銑削加工過程中，最大銑削力取決于主軸轉速、每齒進給量以及超聲振幅等因素的綜合作用，合理匹配加工和振動參數(shù)可以獲得理想的銑削力值。建立了超聲振動輔

4、助銑削二維有限元模型，對超聲振動輔助銑削溫度場進行了有限元仿真分析，獲得了普通銑削和超聲振動輔助銑削的變形區(qū)動態(tài)溫度分布，并對仿真分析結果進行了實驗驗證。研究結果表明：超聲振動輔助銑削可以明顯改善切削溫度場分布，降低刀具溫度變化峰值，減小熱變形和各種熱效應對加工過程的影響。建立了刀具一工件振動系統(tǒng)模型，計算并分析了普通銑削和超聲振動輔助銑削過程中工件在垂直于進給方向上的動態(tài)位移。研究結果表明：超聲振動輔助銑削加工有助于提高工件在加工過程

5、中的動態(tài)穩(wěn)定性，有利于保證加工尺寸精度。實驗研究分析了施加超聲振動前后加工尺寸的變化，以及不同加工參數(shù)匹配對加工尺寸精度的影響規(guī)律。研究結果表明：在匹配合理的切削參數(shù)和振動參數(shù)條件下，斷續(xù)銑削方式有助于減小加工過程中工藝系統(tǒng)的熱變形和受力變形，減小加工尺寸偏差。其中，超聲振幅對加工尺寸偏差的影響最為顯著。
　　 本文系統(tǒng)研究了超聲振動對立銑刀底刃和側刃加工表面粗糙度的影響機理。研究結果表明：由于刀尖運動軌跡的復雜化，超聲振動對底

6、刃加工表面粗糙度產(chǎn)生不同程度的負面影響；由于超聲振動輔助銑削的往復“熨壓”效應，側刃加工表面粗糙度明顯改善。綜合應用ANOVA方法和RSM方法對側刃加工表面粗糙度進行了統(tǒng)計分析與建模。研究結果表明：側刃加工表面粗糙度的大小取決于多個切削參數(shù)的綜合作用，其中，主軸轉速的影響最為顯著。超聲振動輔助銑削加工過程中，如果超聲振幅一定，超聲振動頻率與主軸回轉頻率的比值越大越容易獲得較好的加工表面質量；選用不同的主軸轉速時，只有匹配合理的進給參數(shù)才