超聲振動輔助銑削加工技術(shù)及機(jī)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(shí)際應(yīng)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(shù)及機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的探索性研究。
　　 本文的主要研究內(nèi)容包括：①單向超聲振動輔助銑削運(yùn)動學(xué)分析；②超聲振動輔助銑削銑削力的實(shí)驗(yàn)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(xué)性能研究。以立銑加工為研究對象，針對垂直于進(jìn)給方向振動和進(jìn)給方向振動兩種單向振動模式，分別進(jìn)行了刀尖軌跡的二維計(jì)算分析，建立了瞬時切削厚度的計(jì)算模型，探討了不同振動方式下的切削力波形特點(diǎn)，分析得出了最佳的單向振動模式，并對理論分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：在匹配合理的切削和振動參數(shù)條件下，進(jìn)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(nèi)的連續(xù)銑削轉(zhuǎn)變分離式的微細(xì)分

3、割斷續(xù)銑削，有效地改進(jìn)傳統(tǒng)銑削加工機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究分析了進(jìn)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(yīng)用RSM方法和ANOVA方法對最大銑削力進(jìn)行了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)建模和分析。研究結(jié)果表明：超聲振動對進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)速、每齒進(jìn)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(jìn)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(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)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(yīng)對加工過程的影響。建立了刀具一工件振動系統(tǒng)模型，計(jì)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(jìn)給方向上的動態(tài)位移。研究結(jié)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(shí)驗(yàn)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(jié)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(cè)刃加工表面粗糙度的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明：由于刀尖運(yùn)動軌跡的復(fù)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(fù)面影響；由于超聲振動輔助銑削的往復(fù)“熨壓”效應(yīng)，側(cè)刃加工表面粗糙度明顯改善。綜合應(yīng)用ANOVA方法和RSM方法對側(cè)刃加工表面粗糙度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析與建模。研究結(jié)果表明：側(cè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)頻率的比值越大越容易獲得較好的加工表面質(zhì)量；選用不同的主軸轉(zhuǎn)速時，只有匹配合理的進(jìn)給參數(shù)才