芳綸蜂窩芯的超聲切削系統(tǒng)開發(fā)及其切削性能研究.pdf

1、Nomex蜂窩芯是具有代表性的多孔、難加工材料，其沿六邊形孔格方向剛度較弱，在成型加工中易發(fā)生孔格變形、蜂窩紙撕裂、毛邊、加工表面毛刺多等質(zhì)量問題。以Nomex蜂窩芯材料為基礎(chǔ)制作的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有重量輕，密度小，強度高，剛度大，良好的絕緣性能，優(yōu)良的化學(xué)惰性和隔熱性等諸多優(yōu)點。在結(jié)合蜂窩芯材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，蜂窩芯加工方法和工藝一直在不斷探索，其中加工蜂窩芯的方法包括高速銑削、超聲切削、帶鋸等。超聲切削加工技術(shù)作為一種新型加工

2、技術(shù)方法，在蜂窩加工領(lǐng)域有加工效率高、表面質(zhì)量好、加工中粉塵污染少等優(yōu)勢。歐美一些公司已把超聲切削技術(shù)應(yīng)用到蜂窩芯加工中，并開發(fā)了相應(yīng)的機床自動化設(shè)備。國內(nèi)部分科研院所也正在研制超聲切削加工系統(tǒng)。但是整體技術(shù)還不夠成熟，尚未形成完整體系。本文針對蜂窩芯加工的超聲切削系統(tǒng)設(shè)計及切削性能進行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　為了研究能夠順利加工 Nomex蜂窩芯的超聲切削加工技術(shù)，結(jié)合超聲振動加工系統(tǒng)設(shè)計理論和遺傳算法設(shè)計思路，設(shè)計了一種大

3、振幅超聲變幅桿。這種變幅桿外形輪廓由圓錐、圓柱和貝茲爾曲線復(fù)合而成。根據(jù)超聲變幅桿的結(jié)構(gòu)和超聲波在變截面桿中的波動方程，把超聲變幅桿和圓片刀視為整體，提出整體設(shè)計思路，使用非支配遺傳算法和仿真方法優(yōu)化變幅桿外形，并進行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，完成整波長復(fù)合形超聲變幅桿的理論設(shè)計。通過振動測試實驗評估超聲變幅桿和圓片刀的諧振性能，對不同激勵電壓下超聲切削加工系統(tǒng)振幅進行標定。結(jié)果顯示：在加裝圓片刀后，將此超聲變幅桿調(diào)節(jié)到縱向諧振狀態(tài)，當超聲

4、電源激勵電壓為300 V時，圓片刀底面邊緣處振幅可以達到45.5μm。系統(tǒng)振動穩(wěn)定、振幅足夠大，進而驗證超聲切削系統(tǒng)設(shè)計的合理性。
　　在蜂窩芯切割過程中切削力大小直接關(guān)系到蜂窩芯成型和表面質(zhì)量。圓片刀超聲切削是蜂窩芯加工的新型加工方法。為了選取合適的圓片刀超聲切削蜂窩芯加工工藝，提高蜂窩芯加工質(zhì)量和加工效率，需要對切削力的影響因素和變化規(guī)律進行研究。搭建蜂窩芯超聲切削加工試驗平臺，采用試驗方法對切削力進行測量，分析不同振幅和切削