超声振动磨削机构的建模与仿真

安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~-1-~摘要:超声波加工是一门重要的特种加工技术，超声加工的总概述：其分为超声车、铣、磨、钻等。超声振动磨削是一种特殊的切削加工的方法,这种加工技术对于加工陶瓷、高强度复合材料以及硬脆材料具有独到的优势。本文从超声振动声学子系统设计超声振动磨削机构。从声学角度和波动方程角度分别介绍了变幅杆设计的理论基础。设计了机构与工件相连接以及机构与机床相连接装置。这个超声振动磨削机构，可以直接装配到一般普通机床上直接使用，因此非常方便。这种新型机构可以作为一种机床附件，它具有体积小、结构简单、成本低、可加工大型工件的优点，对超声波加工以及机床的发展具有十分重要的意义。关键词：超声波发生器，换能器，变幅杆，珩磨头。安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~-2-~ABSTRACT:Theultrasonicmachiningisanimportantspecialmachiningtechnology,isthesupersonicprocessingtotaloutline:Itdividesintothesupersonicvehicle,themill,torub,todrillandsoon.Theultrasonicvibrationgrindingisonespecialmachiningmethod,thiskindofprocesstechnologyregardingtheceramics,thehighstrengthcompoundmaterialsaswellasthehardcrispmaterialhastheoriginalsuperiority.Thisarticlefromultrasonicvibrationacousticssystemdesignorganization.Introducedtheamplitudepoledesignrationalefromacousticsangleandthewaveequationangle.Hasdesignedtheorganizationandtheworkpiececonnectsaswellastheorganizationandtheenginebedjunctiondevice.Designsthisultrasonicvibrationgrindingorganization,mayassembledirectlytotheenginebedonthedirectuse.Thiskindofneworganizationmaytakeonekindofenginebedappendix,hasthevolumetobesmall,thestructureissimple,thecostlowmerit,hasthevitalsignificancetotheultrasonicmachiningaswellasenginebed’sdevelopment.Keywords:Ultrasonicgenerator,transducer,amplitudepole,tophorizontaljadepiecewheelhead.安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~-3-~目录第一章绪论................................................51.1引言.........................................................51.2超声振动磨削机构概述.........................................51.3超声波的产生及其特性.........................................61.4超声波加工发展概况...........................................71.5课题研究的内容...............................................7第二章超声振动磨削系统的总体机构设计......................92.1引言.........................................................92.2超声振动磨削系统的结构设计...................................92.2.1超声波机床与普通机床的异同点：.......................................92.2.2超声振动磨削系统基本结构的确定......................................10第三章超声振动磨削机构声学子系统的设计..................123.1超声波发生器与换能器........................................123.2超声变幅杆的设计............................................143.2.1变幅杆的功用........................................................143.2.2变幅杆的振动形式及特点..............................................153.2.3变幅杆的类型分析和比较..............................................163.2.4变幅杆类型的选择....................................................183.2.5变幅杆材料的选择....................................................193.2.6变幅杆的设计与解析..................................................203.2.7变幅杆各参数的计算..................................................253.2.8变幅杆与换能器的连接................................................273.2.9变幅杆的固定........................................................273.3轴瓦的设计与连接....................................................283.4外固定套的设计与连接...............................................293.5油石的选择...........................................................30安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~-4-~3.6螺钉、双头螺柱、垫圈和梯形螺栓的选择.........................323.6.1螺钉的选择..........................................................323.6.2双头螺柱的选择......................................................323.6.3垫圈的选择..........................................................333.6.4梯形螺栓的选择......................................................33第四章超声振动磨削机构建模..................................344.1三维建模软件.........................................................344.2对超声振动磨削机构进行建模........................................394.2.1变幅杆的三维建模与三维建模步骤......................................394.2.2刀杆的三维建模与三维建模步骤........................................404.2.3轴瓦的三维建模与三维建模步骤........................................414.2.4支架的三维建模与三维建模步骤........................................424.2.5超声振动磨削机构的三维建模与三维建模步骤............................43第五章结论和展望.............................................445.1结论..................................................................445.2展望..................................................................44参考文献......................................................45致谢......................................................46附录一英文科技文献翻译......................................47附录二毕业设计任务书.........................................66安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~5~超声振动磨削机构的设计与建模机械与电气工程系机械制造及其自动化06城建机械一班陈亮指导老师：马玉平第一章绪论1.1引言随着科学技术的迅速发展和激烈的市场竞争，加快了产品更新换代的步伐，为此，各种新材料、新结构、高要求的零部件大量涌现，这对机械制造业提出了新的要求。解决各种难磨削材料尤其是硬脆材料及复合材料的加工问题成了一个急待解决的问题。传统加工方法难度大、质量差、特种加工也就应运而生。特种加工包括电火花加工、超声波加工以及激光加工等。其中，超声波加工适合于加工各种硬脆材料，尤其是加工难以加工的材料，如玻璃、陶瓷、石英、金刚石、半导体等材料。因此在现在的加工中得到了广泛的应用。但是，超声波机床具有体积大、成本高的缺陷。还有加工的尺寸受到限制。为此，本文提出了一种新型的超声振动磨削机构，该新型结构可以作为一种机床附件，具有体积小、结构简单、成本低、可加工大型工件的优点，该机构可以直接安装在车床上即改变了传统的车床只能切削工件而不能珩磨工件的缺点，这对超声波加工以及机床的发展具有十分重要的意义。1.2超声振动磨削机构概述超声振动磨削机构中的声学系统包括有：超声波发生器、换能器、变幅机构和珩磨头。超声波发生器是将220V或380V的交流电变成有一定功率输出的超声频电信号，即把电信号转变成超声频电信号;而超声频电信号通过换能器的作用把其转换成机械信号，机械信号通过变幅杆的变幅作用把振幅或速度放大传递给珩磨头进行超声振动珩磨。安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）~6~1.3超声波的产生及其特性声波与光波、电磁波一样，都是因物体在介质中发生振动，介质各点之间存在弹性联系，引起相邻各点的振动从而形成的纵波。声波是人耳能感受到的一种纵波。其频率范围是16—16000Hz。当声波的频率低于16Hz时就叫次声波，高于16000Hz则称为超声波、加工用超声波的频率为16000-25000Hz。图1-1压电晶