【正文】 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）超聲振動深孔研磨技術研究摘 要：超聲振動深孔研磨是超聲振動加工技術在深孔研磨中的應用，能有效的解決普通研磨過程中加工效率低﹑材料去除率低等問題，具有普通研磨不可比擬的工藝效果。因此，研究超聲振動深孔研磨技術對深孔精加工和超精加工具有重要意義。通過理論分析和研究，建立超聲振動深孔研磨磨粒運動模型并對超聲振動研磨機理進行研究。對單顆磨粒附加軸向超聲振動的材料去除率理論進行了分析并建立了相應的材料去除率理論模型和振動系統(tǒng)各傳遞環(huán)節(jié)的數(shù)學模型，為振動系統(tǒng)的振動特性分析和結構設計提供了理論依據。研究分析了變幅桿幾何尺寸，錐形心軸，以及研磨套對振動系統(tǒng)的影響。在分析超聲振動深孔研磨機理的基礎上，設計并制造了一套超聲振動深孔研磨裝置。對制造完成的超聲振動深孔研磨裝置進行試振和調試，獲得了良好的振動效果。試驗結果表明整個超聲振動深孔研磨裝置可以進行超聲振動研磨。關鍵詞：超聲振動研磨；深孔研磨；研磨機理 Research on Ultrasonic Vibration Deephole Lapping technologyAbstract: The ultrasonic vibration deephole lapping is a kind of application of the ultrasonic vibration cutting technology in deephole lapping, which can effectively solve the problem of low machining efficiency, low material removal rate in the general lapping process, it is superior to the general lapping in craft. Therefore, the ultrasonic vibration deephole lapping technology has an important sense for the deephole finish machining and the super finish. Through theoretical analysis and research, the establishment of deep abrasive ultrasonic vibration and ultrasonic vibration grinding motion model to study the mechanism. Single grain of additional axial ultrasonic vibration theory of material removal rate were analyzed and the corresponding theoretical model of material removal rate. Transmit link39。s mathematical model respectively about the every parts of the vibrating system was established, it provides the theoretical basis with the vibrating system39。s vibratory characteristic analysis and the structural design.Analysis of the horn geometry, conical mandrel, and the ground cover’ effect on the vibration system. Based on the analysis of the ultrasonic vibration deephole lapping, lots of theoretical analysis. In addition, a ultrasonic vibration deephole lapping in stallment was designed and manufactured.朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典Completed the manufacture of ultrasonic vibration deep hole grinding device, the sound vibration of the vibration test and debug the system, vibration get a good result. The final test indicated that the ultrasonic vibration lapping can works well.Keywords: ultrasonic vibration lapping；deephole lapping；lapping mechanism目 錄1 緒論 1 研究超聲振動深孔研磨技術的目的和意義 1 超聲振動研磨加工技術的國內外研究現(xiàn)狀 1 超聲振動加工技術 1 超聲振動研磨加工技術 4 設計內容及基本要求 7 設計思路 72 超聲振動深孔研磨機理研究 9 普通研磨與超聲振動研磨 9 超聲振動深孔研磨的機理分析 12 單顆磨粒運動模型 12 單顆磨粒切削運動分析 13 單顆磨粒切削用量分析 16 單顆磨粒材料去除率理論分析 18 小結 193 超聲振動深孔研磨裝置的設計與研制 20 超聲振動深孔研磨裝置的設計原則 20 超聲振動深孔研磨裝置聲振系統(tǒng)的設計 21 超聲波發(fā)生器和換能器的選用與匹配 21 超聲變幅桿的設計 25 超聲變幅桿的選用 25 階梯形變幅桿的設計 28 階梯形變幅桿與換能器和研磨工具的連接 31 研磨工具的設計 32 對研磨工具的技術要求 32 鑄鐵研磨工具 32 研磨工具的設計 33 超聲振動深孔研磨裝置的設計 34 小結 364 超聲振動深孔研磨聲振系統(tǒng)試驗研究 37 聲振系統(tǒng)的振動試驗 37 試驗目的和方法 37 試驗內容 39 試驗步驟及數(shù)據記錄 40 換能器的試驗 40 變幅桿的試驗 40 錐形心軸的試驗 42 聲振系統(tǒng)的的試驗 44 小結 445 結論 45參考文獻 46致 謝 48II西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）1 緒論在切削加工領域，提高工件加工精度的方法很多，其中一個非常重要的研究方向在于努力減小工件加工過程中的切削力和切削熱。超聲振動加工技術在降低切削力和切削熱方面起到了積極的作用，令人信服地解決了普通切削加工中許多難以解決的工藝問題，特別是在難加工材料、難磨削材料以及精密加工等方面，超聲振動加工技術更顯示出無法比擬的工藝效果。 研究超聲振動深孔研磨技術的目的和意義深孔加工難度高，加工工作量大，是機械加工中的關鍵性工序。隨著科學技術的進步，產品更新?lián)Q代的迅速，新型高強度、高硬度、難加工零件的不斷出現(xiàn)，對深孔加工的質量、加工效率和刀具耐用度都提出了更高的要求。由于僅僅依靠傳統(tǒng)的加工方法已經無法實現(xiàn)精密或超精密加工的目的。在生產的迫切需求下，人們不斷地研究和探索新的加工工藝和制造技術。超聲振動加工技術是一種將超聲振動應用于精密或超精密加工的新技術，特別是在超硬材料、復合材料和難加工材料的加工方面顯示出非常突出的優(yōu)越性，它具有低的切削力、低的切削溫度、低的表面粗糙度和高的加工精度等特點，而且被加工工件具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。超聲振動深孔研磨技術是超聲振動加工技術在深孔加工過程中的應用，它能夠有效地提高研磨效率，使工件獲得較高的尺寸精度和微觀幾何形狀精度，從而為解決深孔的精加工問題開辟了一條新途徑，具有廣泛的應用前景。 超聲振動研磨加工技術的國內外研究現(xiàn)狀 超聲振動加工技術超聲振動加工技術是近40年來逐步發(fā)展和完善的一種新型加工技術，該技術橫跨機械學、電學和聲學三個學科，是典型的邊緣學科。由于超聲振動加工技術具有許多優(yōu)點，與其它加工技術相比，常常能夠大幅度地提高加工效率，提高加工質量并且還能夠完成一般加工方法難以完成的加工工作。因此，在工業(yè)、農業(yè)、國防和醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等部門得到越來越廣泛地應用。大量的研究和實踐已表明：超聲振動加工技術應用于加工各種復合材料、難加工材料時能獲得良好的工藝效果，具有廣泛的理論價值與應用前景[1]。超聲振動加工是指在刀具或工件上附加沿一定方向振動的超聲振動進行切削加工的方法。超聲振動加工系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、振動傳遞系統(tǒng)、工具、工藝裝置等構成。與傳統(tǒng)的機械加工相比，超聲振動加工的工藝效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面[2]：a. 降低切削力 超聲振動加工時，切削速度的大小和方向產生周期性變化，這種變化改變了整個工藝系統(tǒng)的受力情況。超聲振動切削是一個在極短時間內完成的微量切削的過程，在一個切削循環(huán)過程中，切削刃在很小的位移上可獲得很大的瞬時切削速度和切削加速度，在局部產生很高的能量。在超聲振動的影響下，摩擦系數(shù)大大降低，只有普通切削的1/10左右，使超聲振動切削力降低到普通切削的1/2～1/10，對一些塑性較大的材料其降低程度則更大。b. 降低切削溫度 超聲振動切削時，材料的彈塑性變形和切削刃接觸面的摩擦系數(shù)大幅度降低，且加工中的力和熱都以脈沖形式出現(xiàn)，使切削熱的平均值大幅度下降。c. 降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度 超聲振動切削過程中，脈沖力的作用破壞了積屑瘤產生的條件，由于切削力小，切削溫度低，使被加工工件表面粗糙度大大降低，表面幾何精度大幅度提高。超聲振動切削中，切削刃雖在振動，但在切削刃和工件接觸并產生切屑的瞬間，切削刃所處的位置在加工過程中總是保持不變的，并且由于工件也不隨時間發(fā)生變動，從而為提高工件加工精度創(chuàng)造了條件。超聲振動加工由于其所產生的特殊的加工工藝效果而受到日本、英國、美國等工業(yè)發(fā)達國家的普遍重視，國內外許多專家學者從不同的方面對其進行了大量的研究。日本是較早研究超聲振動加工技術的國家，20世紀50年代，日本就設立了專門的振動切削研究所。日本宇都宮大學隈部淳一郎教授早在1956年就提出了系統(tǒng)性的振動切削理論，并發(fā)表了大量論文，出版了《精密加工振動切削基礎與應用》專著，詳細闡述了振動切削的概念、機理、裝置以及振動切削的工藝效果等[3]。日本金澤工業(yè)學院的研究人員研制出了用于加工硬脆材料的超聲低頻振動組合鉆孔系統(tǒng)[4]。將金剛石中心鉆的超聲振動與工件的低頻振動相結合，制造了一臺組合振動鉆孔設備，該設備可以檢測鉆孔力的變化及鉆孔精度和孔的表面質量，并用該組合設備在不同的振動條件下進行了一系列試驗，試驗結果表明：將金剛石中心鉆的超聲振動與工件的低頻振動相結合是加工硬脆材料的一種有效方法。英國阿伯丁大學國王學院的研究人員對超聲鉆削難加工材料工藝參數(shù)對材料去除率的影響進行了研究，建立了間斷性沖擊過程的非線性模型，對沖擊力的特性進行了研究，提出了一種新的材料去除率的計算方法，這種方法首次解釋了材料去除率在較高的靜態(tài)力作用下減小的原因[5]。美國內布拉斯加大學和內華達大學對Al2O3陶瓷材料微去除量精密超聲加工技術進行了研究[6]。通過模擬陶瓷材料超聲加工的力學特性對材料去除機制進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，低沖擊力會引起陶瓷材料結構的變化和晶粒的錯位，而高沖擊力會導致陶瓷材料中心裂紋和凹痕。美國內布拉斯加大學還第一次分析了Al2O3陶瓷精密超聲加工的機理、過程動力學以及發(fā)展趨勢，并詳細討論了超聲技術在陶瓷加工方面的應用情況。我國對超聲振動切削技術的研究始于上個世紀50年代末期，由于當時對超聲波發(fā)生器、換能器、聲振系統(tǒng)的研究都不成熟，并且缺乏合理的組織和持續(xù)的研究工作，該技術未能得到重視。60年代末，哈爾濱工業(yè)大學應用超聲振動車削加工了一批飛機用鋁制細長桿零件，取得了良好的切削效果。1983年機械工業(yè)部委托《機械工藝師》雜志編輯部在西安召開了我國第一次“振動切削專題討論會”，討論了振動切削技術在我國的研究與應用，促進了這項新技術在我國的深入研究和推廣應用。20世紀末到本世紀初的十幾年時間，我國的超聲振動加工技術發(fā)展迅速，在超聲振動系統(tǒng)、深小孔加工、超聲復合加工領域均有較廣泛的研究，尤其是在金剛石、陶瓷、玻璃和燒結永磁體等難加工材料領域解決了許多關鍵性問題，取得了良好的效果。東南大學的湯鉻權從振動切削運動學入手，探討了超聲振動切削機理[7]，設計并制造了超聲振動車削用快速落刀裝置，利用掃描電鏡對超聲振動切削形貌和層片結構進行了分析研究。西北工業(yè)大學設計了一種可以在內圓磨床上加工硬脆材料的超聲振動磨削裝置[8]。該裝置由超聲振動系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、磨床連接系統(tǒng)和超聲波發(fā)生器等組成，其超聲換能器采用軸向復合式換能器結構，冷卻循環(huán)系統(tǒng)中使用磨削液作為冷卻液；磨床連接系統(tǒng)由輔助支承、制動機構和內圓磨床連接桿等組成。該磨削裝置工具頭旋轉精度由內圓磨床主軸精度保證，結構比專用超聲波磨床的主軸系統(tǒng)要簡單得多，因此成本低廉，適合在生產中應用。南京航空航天大學的錢軍、高長水進行了工件激振式超聲復合電火花微細孔加工的研究[9]，它與以往的超聲電火花復合加工的不同之處在于，通過工件的微幅激振改善微細電火花加工工作液的循環(huán)，進而提高微細電火花加工的脈沖利用率和微細孔加工的長徑比。研究結果表明，工件越薄，排屑越有利，加工速度提高的越快。研究者認為，這主要由于工件激勵后加工間隙內工作液中壓力波劇變的沖擊和擾動作用，有助于改善電火花微細加工的排屑條件，提高放電脈沖的利用率，使加工速度及微細孔電火花加工的長徑比得到提高。上海交通大學、中北大學的吳雁，孫愛國，趙波，朱訓生