加工精度机械加工论文提纲

论文题目：旋转超声展成机械/电解加工机理分析与试验研究

摘要：由于科学技术的飞速发展进步,提高各种难加工材料的加工精度与效率已成为国内外制造业的难点与热点问题。特种加工技术因具有切削力小（或无）、工具（电极）损耗低（或无）等独特技术优势,广泛应用于各种难加工材料（硬脆材料、高温合金等）的加工。超声复合机械（磨削、铣削等）利用超声振动效应,可有效减小切削力、切削热,提高加工效率及精度。本文研究旋转超声展成机械/电解加工机理,将超声效应与机械、电解作用有机复合,实现难加工材料高精高效加工。主要研究内容为:（1）以硬脆性材料加工去除机理、法拉第电解定律为理论依据,根据旋转超声、机械及电解相互作用关系,建立旋转超声展成机械及展成电解加工材料去除效率模型;由模型分析可知:超声振幅、主轴转速、电解电压、磨料硬度/粒度等参数增大,可增加材料去除力,提高加工效率;而采用高频脉冲电源、减少电压幅值、降低电解液质量分数（减小电导率）、减小磨料粒度可有效提高加工精度。（2）设计、构建二维旋转超声展成电解加工系统。设计机床主体并定制旋转NSK高速主轴马达、超声振动装置、超声波发生器、高频脉冲电源,完善电源引入、工件定位、电解绝缘单元,构建旋转超声电解装置;采用PC机控制界面,以PLC、驱动器、伺服电机及步进电机构建多轴联动进给装置;采用径向超声振动装置与旋转轴向超声振动装置组合构建二维超声振动系统,从而可实现二维旋转超声展成机械/电解加工。（3）进行旋转超声振动系统的优化设计。对压电换能器和阶梯型变幅杆特性进行理论分析与尺寸计算。利用ANSYS压电分析模块进行模态与谐响应分析,当谐振频率为19.8kHz时,阶梯型变幅杆超声输出振幅25.5μm。固有频率降低,振幅下降。利用ANSYS优化设计,振动系统输出振幅可达23μm,使用激光微位移传感器测得其谐振振幅为20μm,验证分析设计可行性,且系统可满足加工要求。（4）进行拷贝式、旋转展成超声加工基础试验并探究了旋转超声加工参数对加工精度及效率的影响,试验结果表明:在一定范围内,随着超声振幅增大、主轴转速提高、电解电压幅值增大,可有效提高加工效率,但工具电极转速过高易造成发热烧损,电压幅值增大电解杂散腐蚀会影响加工精度;在此基础上,进行平面与沟槽旋转超声展成机械/电解加工试验,得到良好加工精度与效率。最后选用优化参数,对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行旋转超声展成平面加工、二维旋转超声电解展成沟槽切割加工试验,加工出较光整平面及沟槽,验证了二维超声展成电解技术优势。

关键词：旋转超声;机械/电解;系统设计与分析;成形机理;展成加工

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 旋转超声加工

1.2.2 旋转超声辅助机械加工

1.2.3 电解加工

1.2.4 超声振动辅助电解加工

1.3 课题来源

1.4 主要研究内容

第二章 旋转超声展成电解加工机理及试验平台构建

2.1 旋转超声加工

2.2 电解加工

2.2.1 直流电解加工

2.2.2 脉冲电解加工

2.3 旋转超声展成电解加工

2.4 旋转超声展成电解加工材料去除机理研究

2.4.1 旋转超声加工材料去除模型

2.4.2 单一电解加工材料去除模型

2.4.3 旋转超声展成电解加工材料去除模型

2.5 构建旋转超声展成机械/电解加工试验系统

2.5.1 机械装置

2.5.2 二维旋转超声振动装置

2.5.3 电解电源装置

2.5.4 运动控制及检测装置

2.6 本章小结

第三章 旋转超声振动系统ANSYS分析优化

3.1 超声换能器的原理与设计

3.1.1 压电换能器的工作原理

3.1.2 夹心式压电换能器的设计

3.1.3 夹心式压电换能器的参数计算

3.2 变幅杆的理论分析与设计

3.2.1 变幅杆的波动方程

3.2.2 变幅杆的设计

3.3 旋转超声加工振动系统的ANSYS分析

3.3.1 压电换能器ANSYS分析

3.3.2 阶梯型变幅杆ANSYS分析

3.3.3 阶梯型旋转超声加工振动系统的ANSYS分析

3.4 超声振动系统优化设计与分析

3.5 谐振振幅测试

3.6 本章小结

第四章 旋转超声展成机械/电解加工试验与探究

4.1 旋转超声展成机械/电解加工试验方案设计

4.2 拷贝式、旋转超声及辅助电解加工试验

4.2.1 拷贝式超声加工试验

4.2.2 旋转超声加工试验

4.2.3 旋转超声辅助电解加工试验

4.3 旋转超声展成机械/电解加工试验

4.3.1 高速钢端面展成加工试验

4.3.2 高硅铝合金材料侧面展成加工试验

4.3.3 碳素工具钢(T10)材料加工槽试验

4.3.4 轴承钢(Cr15)及硼化工程陶瓷(400)材料切割加工试验

4.4 陶瓷颗粒增强金属基复合材料旋转超声展成机械/电解加工试验

4.4.1 复合材料一维旋转超声机械/电解平面展成加工试验

4.4.2 复合材料二维旋转超声机械/电解沟槽展成切割试验

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢