三維超聲切削工作頭的研究.pdf

1、隨著航空航天、半導(dǎo)體以及電子工程的迅速發(fā)展，如晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等具有優(yōu)良性能的硬脆性材料得到廣泛應(yīng)用，但是這些材料在加工過(guò)程中卻遇到了很大的挑戰(zhàn)，普通的加工方法難以達(dá)到理想的加工效果，硬脆性材料的高精度三維微加工技術(shù)更是成為當(dāng)今制造業(yè)一個(gè)重要的研究課題，超聲振動(dòng)切削技術(shù)已經(jīng)被證明是一種很有發(fā)展前景的加工方法，它可以有效的降低切削力、減少切削熱、提高加工精度、減低表面粗糙度、延長(zhǎng)刀具使用壽命。
　　超聲振動(dòng)切削是在普通切削

2、刀具上附加高頻的微小振動(dòng)，使刀尖產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)切削速度、刀具的振幅和振動(dòng)頻率，刀具將周期性的與切屑或者整個(gè)工件發(fā)生分離。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超聲振動(dòng)切削和超聲橢圓振動(dòng)切削技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了很好的加工效果，而對(duì)三維超聲振動(dòng)切削技術(shù)的研究卻很有限，理論尚不成熟、裝置類(lèi)型也比較單一，基于這種狀況，本文設(shè)計(jì)了一種三維超聲切削工作頭，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，對(duì)壓電材料的基本理論進(jìn)行了研究，分析了壓電堆的工作原理和基本性能，

3、設(shè)計(jì)出相應(yīng)的壓電堆結(jié)構(gòu)，以此作為三維超聲切削工作頭的動(dòng)力源。
　　其次，對(duì)超聲振動(dòng)切削的加工機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上建立工作頭的三維模型，并對(duì)工作頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了粗略的運(yùn)動(dòng)分析和仿真，利用ABAQUS軟件對(duì)工作頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得到工作頭結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)工作頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提高其第一階固有頻率。
　　最后，對(duì)金屬切削過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真，得出并對(duì)比了三維超聲振動(dòng)切削與普通切削的加工效果，驗(yàn)證了三