摘 要

超声加工技术是近几十年发展迅速的一门综合性学科，把超声加工技术运用到加工硬脆性材料上是未来发展的趋势。和传统超声加工相比，旋转超声加工利用了金刚石刀具的优良切削性能和刀具的超声频振动，并让它们结合在一起，具备了加工速度快，加工方便易行，精度高，表面粗糙度小，对加工材料的适应性广，工具磨损小、使用寿命长等特点。可以预见，在不久的将来，旋转超声加工技术将在中国的技术进步与社会主义现代化建设中发挥重要作用。

超声加工装置主要由超声波发生器、换能器与变幅杆构成，而旋转超声加工装置则要考虑刀具在作超声振动的同时进行旋转。本文在超声加工的基础上设计了超声振动装置，满足了刀具的旋转功能。本文主要对换能器、变幅杆进行了分析计算，在旋转超声加工的基础上对机床进行了比较全面的分析设计，对加工工具，机床本体各部分，超声振动系统进行了分析设计，试图设计出操作方便、卓越性能、高加工效率并且适合加工孔和面的大功率机床。

关键词：旋转超声加工 换能器 变幅杆 机床

Abstract

Ultrasonic machining technology is a comprehensive development in recent decades, a comprehensive discipline, the ultrasonic processing technology applied to the processing of hard and brittle materials have a good application prospects. Compared with the traditional ultrasonic processing, the rotary ultrasonic machining combines the excellent cutting performance of the diamond tool with the ultrasonic vibration of the tool, and has the advantages of fast processing speed, easy processing, high processing precision, good processing surface quality, Material, wide adaptability, tool wear, long service life and so on. It is foreseeable that in the near future, rotary ultrasonic processing technology will play an important role in China's technological progress and socialist modernization.

Ultrasonic processing device mainly by the ultrasonic generator, transducer and horns, and rotary ultrasonic processing device will have to consider the tool in the ultrasonic vibration at the same time to rotate. In this paper, ultrasonic vibration device is designed on the basis of ultrasonic machining, which satisfies the rotation function of the tool. In this paper, the transducer and the horn are analyzed and calculated. On the basis of the rotary ultrasonic machining, the machine tool is designed in a comprehensive way. The parts of the machining tool, the machine body and the ultrasonic vibration system are designed and designed. Easy to operate, excellent performance, high processing efficiency and suitable for processing holes, the surface of the high-power machine.

Key words: Rotary Ultrasonic Processing Transducer Horn Machine

旋转超声加工机床的设计

第1章 绪论 1

1.1超声加工的提出及其分类 1

1.2超声振动装置及机床的研制进展 2

1.3旋转超声加工的基本原理 2

1.2.1超声振动的捶击作用 2

1.2.2金刚石工具的磨抛作用 3

1.2.3 超声空化作用 3

1.2.4液压冲击和旋转运动促使了碎屑的排出 3

1.3选题的目的、意义及工作任务 4

1.3.1选题的目的、意义 4

1.3.2课题主要工作内容及任务 5

第2章 超声波发生器的选用 6

2.1 超声波发生器的工作原理 6

2.2 超声波发生器的选用 6

第3章 超声换能器的分析与设计 8

3.1 晶体的压电效应 8

3.2 变截面细杆的振动分析 8

3.3 夹心式换能器的设计 10

3.3.1 压电陶瓷的设计 10

3.3.2 前后盖板的选择 10

3.3.3 其它注意事项 11

3.3.4 夹心换能器的计算 11

第4章 超声变幅杆的设计 13

4.1 超声变幅杆的设计 13

4.2.1 变幅杆及材料的选择 13

4.2.1.1 变幅杆形状的选择 13

4.2.1.2变幅杆材料的选择 13

4.2.2 阶梯杆变幅杆的计算 13

4.2.2.1变截面杆纵振动的波动方程 13

第5章 超声加工工具的设计与确定 16

5.1 旋转超声加工工具材料的选择 16

5.2 超声加工工具形状的确定 16

第6章 旋转超声波加工机床的设计 17

6.1 机床本体的设计 18

6.1.1 机床柜 18

6.1.2 工作台 18

6.1.2.1滚珠丝杠副 18

6.1.2.2圆柱型滚动直线导套副 20

6.1.3 升降机 20

6.1.4 立柱和横梁 22

6.1.5 工作液供给系统 23

6.2旋转超声振动系统的设计 23

6.2.1 无刷直流电机的选择 24

6.2.2旋转机构的设计 24

6.2.2.1 换向装置的设计 24

6.2.2.2 高速轴承 25

6.2.2.3 键的选用与校核 25

6.2.2.4 内套和限位套筒及限位板 25

6.2.3超声振子的设计 25

6.2.3.1 变幅杆与换能器的连接 25

6.2.3.2 变幅杆与振动系统的连接 26

6.3 电控柜的设计 26

6.3.1 操作面板 26

6.3.2 高速电机控制系统的选用 27

6.3.2.1 直流电源的选择 27

6.3.2.2 调速器的选择 27

结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1超声加工的提出及其分类

由于社会进展和加工的需求，很多工业部门，特别是航空、国家防务部等的要求,产品将会向精度更高、速度更快、体积更小、适应即热、高温等方向发展，所使用的材质将越来越难加工，比如硬质合金、钛合金、金刚石、石英以及钨、硅等各类金属以及非金属材料的处理；工件外形将越来越精密，精度、硬度、表面光洁度等要求也越来越高。

传统切削加工的本质和特点：一是刀具材料比工件更硬；二是靠机械能把工件材料切除。然而，当工件质料越来越硬，零件构造越来越复杂时，原来的加工方法反而不利于高生产率和高加工质量。使用超声加工，可以把难加工材料进行有效加工。生产加工已经证实超声加工在加工硬脆性质料方面上仅次于磨削加工，是现代化加工的一种高效率加工方法。