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超声磨削装置1摘要旋转超声磨削是在传统机械磨削的基础上，将超声振动加入到磨削工具上的一种新型的复合加工方法。该方法不仅保留了传统机械磨削的一些优良特性，又因加入超声振动后，能较大地提高加工效率，有效地改善工程陶瓷、复合材料等难加工材料磨削表面质量。本文旨在研制出旋转超声磨削装置，并利用该装置进行了一些实验研究。全文主要内容概括如下：1.讨论分析了旋转超声磨削的材料去除机理。旋转超声磨削中材料去除机理同时具有冲击（磨具上的磨粒对工件表面的高频高速冲击）和磨蚀（磨削工具的旋转和进给运动可模型化为磨削过程）两种作用。2.研制了一种新型旋转超声磨削装置。该装置能以附件的形式安装在数控机床上或普通机床上，进行常见表面、甚至一些较复杂型面的旋转超声磨削加工。关键词：超声加工意义，旋转超声磨削，结构设计与校核，AbstractRotaryultrasonicgrinding(RUG)isanewmachiningmethodwhichintegratesrotarymovementoftraditionalgrindingwithultrasonicoscillation.ThismethodcankeepdownsomeexcellentgrindingcharactersofMechanicalgrinding,greatlyenhanceprocessrateandeffectivelyimprovetheeffectofgrindingsurfaceofdifficult-to-cutmaterials(stainlesssteelandcompositematerialandthelike).Theaimofthispaperisthatwedesignandmanufacturethegrindingdeviceofrotaryultrasonicmachining,andcarryoutsomeresearchbyusingdevelopeddevelop.Themaincontentofthispapercanbesumupasfollows:1.WehaveanalysisthematerialremovemechanismofRUG,andmaterialremoveofrotaryultrasonicgrindingconcludeonhighfrequencyimpactofabrasiveparticlesongrindingtoolagainstworkpieceandablationthatrotaryandin-feedmovementofgrindingtoolcanformgrindingprocess.2.Anewgrindingdeviceofrotaryultrasonicmachininghavebeendesignedandmanufactured.Thisdevicecanbeinstalledonnumericalcontrolmachineorcommonmachinetoolasanaccessoryandcancarryoutrotaryultrasonicgrindingforusualsurfaceandevensomecomplicatedsurface.Keywords:ultrasoundprocessingsignificance;Rotateultrasoundgrind;Structuredesignandchecking超声磨削装置2目录前言..................................................................................................错误!未定义书签。1.绪论.................................................................................................................................................21.1超声的发展史............................................................................错误!未定义书签。1.2超声加工的原理及特点...................................................错误!未定义书签。1.3工程陶瓷材料的使用价值及加工技术.........................................................31.4超声加工陶瓷的意义及前景..........................................................................72.设计说明书.................................................................................................................82.1超声磨削装置的结构设计................................................................................................82.1.1超声加工设备及其组成部分....................................................................................82.1.2初步结构设计...........................................................................................82.1.3结构的比较............................................................................................102.1.4最后结构的确定......................................................................................................112.2装置中的各部件的设计及校核....................................................................132.2.1电机的计算与选择...............................................................................................132.2.2变幅杆的设计与计算..........................................................................152.2.3压电陶瓷的选择..................................................................................172.2.4轴强度的较核...................................................................................................182.2.5键的校核..............................................................................................193.总结与展望................................................................................................................213.1总结....................................................................................................................................213.2展望..................................................................................................................21参考资料.........................................................................................................................................23致谢................................................................................................................................24超声磨削装置1前言随着科学技术的发展及航空航天等领域的需求，不锈钢、复合材料、工程陶瓷等难加工材料应用日趋广泛，而此类材料的特殊性能使其加工制造非常困难。例如，海洋结构件普遍采用耐腐蚀的不锈钢，而不锈钢加工起来切削力大、切削温度高、粘刀现象严重、加工硬化趋势强等特点，使得不锈钢切削过程中切削功率消耗大，切削温度高，而且加工工件表面质量较低。又如航空发动机重要零件如机匣、压气机风扇叶片等广泛采用钛、镍基合金等先进结构材料，而钛、镍基合金材料切削加工性较差，主要表现在材料热硬度和热强度很高，所需切削力很大，工件、刀具容易产生较大变形。航天飞机机顶首部广泛采用工程陶瓷，但工程陶瓷具有高强度、高硬度、高脆性等特点，使得陶瓷材料的加工十分困难，加工成本很高。此类材料的出现及广泛应用，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，而特种加工很适合对这些材料进行经济加工。而在众多特种加工方法中，超声加工有其独特的优点，因而迅速得以发展和推广。超声磨削装置21绪论1.1超声的发展史超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来讲，人耳可以听到的声波的频率范围约为16~20KHz。因此，人们常把高于20KHz的声波称为超声波。而在实际应用种，有些超声技术使用的频率可能在16KHz以下。早在1830年，为了探讨人耳究竟能够听到多高的频率，F.Savart曾用一个多齿的轮首次产生了频率为2x104HZ的超声，但人们一般却认为，首次有效产生高频声的，应是1876年F.Galton的气哨实验。第一次世界大战期间，P.Langevin发明了石英晶体换能器，用来在水中发射和接收频率较低的超声波，开始了人类真正科学的开展超声技术的研究。超声具有许多独特的性质和优点，如频率高、波长短、在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性、并在液体介质中传播时可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。因此，近年来，随着科学技术的发展，超声技术发展极为迅速，应用领域非常广泛。目前，其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域，在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。1.2超声加工的原理及特点旋转超声磨削的加工原理如图1-1所示，其中，压电陶瓷换能器用于将从外部接入的高频电振荡信号（由220V或380V的交流电经超声波发生器转换而成）转换为超声频机械振动；由于压电陶瓷换能器产生的振幅较小（大约有5μm），一