【正文】 桿的末端，看水的是否四濺，若沒(méi)有則還需要調(diào)整波形，直到最后產(chǎn)生霧化現(xiàn)象為止。反只表面的加工質(zhì)量很低。 提出加工中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施 （ 1）加工中存在的問(wèn)題和改進(jìn)措施 ①崩邊現(xiàn)象 在超聲鉆孔中，一個(gè)很難避免的問(wèn)題就是工具入口和出口端會(huì)出現(xiàn)蹦邊的現(xiàn)象。加工中工具的進(jìn)給速度的大小應(yīng)根據(jù)不同工件材料、部通加工階段選取。此外，還要針對(duì)加工材料，優(yōu)化軸向載荷、工具參數(shù)和工具振幅等參數(shù)。 ③換能器發(fā)燙 由于電流過(guò)大解決方法同上。 加工的設(shè)備也是及其簡(jiǎn)單，只有發(fā)生器外加超聲波電機(jī)，無(wú)其它復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)。《超聲電機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》 [ 4]超范國(guó)良 , 陳傳梁 。20xx 年 [7 ]寧偉，許明翔，王耀俊 。1995 年 [8] 王亞非 , 袁敬閎 , 曾宏亮 。1994 年 [5]成大龍 。 在此希望人們?cè)缛瞻l(fā)現(xiàn)超聲波加工的更多優(yōu)點(diǎn)，并把其應(yīng)用在實(shí)際生活中去，為人類造福 ? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 37 頁(yè)共 45 頁(yè) 37 致謝 本文是在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下 完成的。建議工作調(diào)整在正常功率以內(nèi)。通常加工效率隨靜壓力 的增大而增大，在最佳靜壓力下加工效率最高，隨后隨加工靜壓力的增大而加工效率下降。 ② 工具磨損現(xiàn)象 超聲波加工中，工作夜中的懸浮磨料在工具的超聲振動(dòng)下，以很大的速度不斷的沖擊琢磨工件的表面而進(jìn)行加工。入口和出口處崩邊受進(jìn)給力和工具振幅兩個(gè)因素影響。我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)但鉆磨損較大時(shí)起狀態(tài)和加工表面得質(zhì)量多會(huì)發(fā)生較大的變化。 （ 4）超聲鉆加工計(jì)時(shí) 在磨料沖擊加工時(shí)，我們會(huì)讓兩 名同學(xué)一組進(jìn)行，一位負(fù)責(zé)添加帶水磨料，另一名同學(xué)用秒表計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)要求準(zhǔn)確誤差小。 表 3a 超聲鉆實(shí)驗(yàn)工具和材料 實(shí)驗(yàn)工具和材料 數(shù)量 超聲波發(fā)生器 1 臺(tái) 示波器 1 臺(tái) 超聲鉆（包括超聲電機(jī)和變幅桿等） 1 臺(tái) 磨料（碳化硼和金剛砂） 各 1 袋 計(jì)時(shí)器 1 只 水 1 瓶 碗和勺 各 1 只 鉆 削 材 料 玻璃 1 塊 大理石 1 塊 瓷磚 1 塊 花崗巖 1 塊 青磚 1 塊 鵝卵石 1 塊 巖石 1 塊 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 （ 1）磨料準(zhǔn)備 將買(mǎi)回來(lái)的磨料，倒入碗中加入適當(dāng)?shù)乃M(jìn)行攪拌，加水的目的是為了鉆孔時(shí)，降溫。一般磨料越細(xì)，加工精度越高，表面質(zhì)量也越好。 ⑵工件壓力對(duì)加工效率的影響 超聲加工時(shí)，工 具不是剛性進(jìn)給的，而是通過(guò)彈簧、磁斥力或重錘壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的。由于磨料沖擊超 聲加工是基于磨粒沖擊的作用，因此越是硬脆的材料遭受的破壞越大，加工效果也越明顯。 ⑤選擇加工方式及熱處理 超聲鉆固定套可用數(shù)控 車車削得到，加工好后無(wú)須熱處理。 ④材料的選擇 考慮其加工性良好與夾緊裝置的質(zhì)的輕巧，這里 工件夾緊機(jī)構(gòu) 選擇鋁合金。 ⑥繪制加工零件圖 傳動(dòng)絲杠與工作臺(tái)各一張。 ⑥繪制加工零件圖 擺動(dòng)桿包括了套管與推桿兩部分，加工零件圖需分開(kāi)繪制。 ⑤選擇加工方式及熱處理 由設(shè)計(jì)圖知底盤(pán)可用加工中心銑削的方法得到，而支撐桿可以通過(guò)數(shù)控車削的方式得到，因支撐桿有起滑軌的作用，所以加工表面要求高，并需要進(jìn)行淬火處理，以防磨損。加工后調(diào)質(zhì)處理。其組成部件十分簡(jiǎn)單，除壓電陶瓷、 電極需要買(mǎi)賣外，其余部件可通過(guò)車削 45鋼的方式得到。如果兩等截面桿的長(zhǎng)度相等，則構(gòu)成具有變截面過(guò)渡段的階梯形變幅桿。 在實(shí)際應(yīng)用中常常要求輸入力阻抗隨頻率及負(fù)荷的變化而變化的幅度要小，彎曲勁度是彎曲柔順性的倒數(shù)，彎曲勁度也與變幅桿的幾何形狀有關(guān)。在向高溫介質(zhì)或腐蝕介質(zhì)幅輻射超聲能量時(shí)，還可以借助于變幅桿把換能器與惡劣環(huán)境隔離開(kāi)，使換能器避免被腐蝕，減少受到熱的影響。 圖 29壓電換能器的工作原理 利用這兩種現(xiàn)象，將外加電場(chǎng)換為交變電場(chǎng)時(shí)，壓電片就會(huì)產(chǎn)生與交變電場(chǎng)同頻率的交變形變，從而使壓電片兩面向外輻射聲波。 B、環(huán)形換能器 環(huán)形磁致伸縮換能器也是由薄片磁致伸縮金屬材料，經(jīng)沖孔成型、氧化絕緣、疊集成塊、退火等工藝制成其結(jié)構(gòu)形式如圖 28所示。由于它是由許多薄片集成而成，疊片上有孔，所以被稱為窗 式換能器。一般放大器與負(fù)載 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè)共 45 頁(yè) 9 之間的匹配只牽涉到阻抗變換，而超聲波發(fā)生器與負(fù)載之間的匹配則除了阻抗變換之外，還有一項(xiàng)很重要的內(nèi)容 —— 調(diào)諧，即選用一定值的電抗元件，使之在工作頻率上與負(fù)載中的電抗成分諧振。習(xí)慣上，把前一種稱為它激式超聲波發(fā)生器，后一種則稱為自激式超聲波發(fā)生器。同樣，當(dāng)位移振幅一定，而頻率增高時(shí)，也可提高加工速度，但頻率提高后，振動(dòng)能量的損耗將增大。這樣，當(dāng)工具頭作縱向振動(dòng)時(shí)，就沖擊磨料顆粒，磨料顆粒又沖擊加工表面，超聲加工主要是利用磨料顆粒的“連續(xù)沖擊”作用。 超聲加工技術(shù)的發(fā)展及其取得的應(yīng)用成果是可喜的。 ③ 振動(dòng)切削機(jī)理的微觀研究及數(shù)學(xué)描述。 超聲加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)展望 隨著傳統(tǒng)加工技術(shù)和高新技術(shù)的發(fā)展，超聲振動(dòng)切削技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，振動(dòng)切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。該研究對(duì)其他玻璃材料的加工具有一定參考價(jià)值。另外，工具電極的超聲振動(dòng)還可以起到清洗縫隙的作用，并采用該技術(shù)對(duì) Al2O3/(W， Ti)C、 Al 2O3/Ti B 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 3 頁(yè)共 45 頁(yè) 3 Al2O3/TiB2/SiCw3 種 Al2O3 基陶瓷刀具材料表面定位方孔進(jìn)行加工，研究了其加工機(jī)理和加工參數(shù)對(duì)不同陶瓷材料加工效率、加工表面粗糙度的影響規(guī)律。 英國(guó)阿伯丁大學(xué)國(guó)王學(xué)院研究了超聲鉆削難加工材料時(shí)工藝參數(shù)對(duì)材料去除率的影響，建立了間斷性沖擊過(guò)程的非線性模型，對(duì)沖擊力的特性進(jìn)行了研究，提出了一種新的材料去除率的計(jì)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究了 Ti 合金深小孔的超聲電火花復(fù)合加工。英國(guó)申請(qǐng)了電火花超聲復(fù)合穿孔的專利，該裝置主要用于加工在導(dǎo)電基上有非導(dǎo)電層的零件，如在金屬基上涂有壓電陶瓷層的零件。一般來(lái)說(shuō)，孔加工工具的長(zhǎng)度總是大于孔的直徑，在切削力的作用下易產(chǎn)生變形，從而影響加工質(zhì)量和加工效率。本設(shè)計(jì)方案主要滿足了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、操作方便、能實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向動(dòng)作等要求，很好的滿足了超聲鉆加工的進(jìn)給與裝夾。允許提交答辯。重點(diǎn)分析超聲波鉆床的機(jī) 械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)超聲波鉆床的變幅桿、換能器、床身結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行分析研究，確定了超聲波鉆床的設(shè)計(jì)方案，繪制了超聲波鉆床主要部件的零件圖和裝配圖。對(duì)答辯組提出的問(wèn)題回答準(zhǔn)確，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。人們?cè)蕉喟殉暡庸づc其他加工方式相結(jié)合，逐漸形成了多樣的加工方法。其結(jié)果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具壽命短 。 1996 年，日本東京大學(xué)在超聲加工機(jī)床上，利用電火花線切割加工工藝在線加工出微細(xì)工具，并成功地利用超聲加工技術(shù)在石英玻璃上加工出直徑為 φ15μm的微孔。 兵器工業(yè)五二研究所研究了陶瓷深孔精密高效加工的新方法 —— 超聲振動(dòng)磨削，進(jìn)行了超聲振動(dòng)磨削和普通磨削陶瓷深孔的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)還第一次分析了 Al2O3 陶瓷精密超聲加工的機(jī)理、過(guò)程動(dòng)力學(xué)以及發(fā)展趨勢(shì)，并詳細(xì)討論了超聲技術(shù)在陶瓷加工方面的應(yīng)用情況。結(jié)果表明，材料去除率與大理石的力學(xué)性能有關(guān)，在同樣的加工條件下，材料的強(qiáng)度和斷裂韌性越高，其去除率越低，加工精度越高。 淮海工學(xué)院對(duì)燒結(jié)永磁體材料超聲振 動(dòng)加工過(guò)程中的材料去除機(jī)理進(jìn)行了理論研究。 (2) 研制和采用高效的振動(dòng)切削系統(tǒng) 現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)及實(shí)用振動(dòng)切削加工系統(tǒng)輸出功率尚小、能耗高，因此，期待實(shí)用的大功率振動(dòng)切削系統(tǒng)早日問(wèn)世。日本企業(yè)界如日立、多賀和 Towa 公司等已開(kāi)始這方面的實(shí)用化研究。展望未來(lái)，超聲加工技術(shù)的發(fā)展前景是美好的。假如不用磨料而只用振動(dòng)著的超聲工具頭直接縱向“錘擊”工件表面，那只能使工件表面產(chǎn)生損傷，實(shí)際上材料并沒(méi)有被去除。如下我將主要部分作進(jìn)一步介紹。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè)共 45 頁(yè) 7 圖 23 超聲波震蕩器的幾種類型 （ 2）超聲波放大器 超聲波放大器的作用是將震蕩信號(hào)放大至所需電平。超聲加工處理設(shè)備利用超聲換能器的作用將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)的機(jī)械能，并通過(guò)變幅桿進(jìn)行振幅放大和聚能后再傳輸?shù)焦ぞ哳^，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲加工處理。通常采用的疊片厚度為 ~。有兩種情況出現(xiàn)： 相同。其結(jié)構(gòu)圖形如下圖 210 所示。簡(jiǎn)單形又可分為指數(shù)形、圓錐形、懸鏈形、階梯形。 圖 211 單一變幅桿 （ 2） 復(fù)合變幅桿 在高強(qiáng)度超聲應(yīng)用中，常常要求變幅桿末端具有很大的振動(dòng)幅度，這就要求變幅桿的形狀因數(shù)ψ及放大系數(shù) Mp 值都盡可能的大，單一變幅桿的ψ值和 Mp 值常出現(xiàn)此優(yōu)彼劣的現(xiàn)象，很難二者兼顧。 一般超聲波鉆床 由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和輔助機(jī)構(gòu)等組成。變幅桿的形式為圓錐平滑階梯復(fù)合型效果最好，其結(jié)構(gòu)圖如下圖 33 所示。 鉆床的機(jī)架設(shè)計(jì) 超聲波鉆床機(jī)架的設(shè)計(jì)包括了床身、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)等，其功能應(yīng)考慮能上下、左右、前后的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且能有效的壓緊工件，同時(shí)也應(yīng)考慮其加工的方便等。 圖 37 組合示意 擺動(dòng)伸縮桿的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)擺桿伸縮桿是為方便鉆床左右的擺動(dòng)，與前后的伸縮，在工件裝夾后可以方便鉆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè)共 45 頁(yè) 19 與工件的對(duì)位。其余設(shè)計(jì)時(shí)注意足夠的強(qiáng)度即可。絲杠與床身用滾動(dòng)軸承聯(lián)接，轉(zhuǎn)動(dòng)效果好，不易磨損?？蓨A緊一定寬度和厚度的工件。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 27 頁(yè)共 45 頁(yè) 27 圖 315 超聲鉆床結(jié)構(gòu) 示意 ① 繪制 超聲鉆床裝配圖 ②工作原理說(shuō)明 A、工件裝夾：將工件置于夾緊裝置 移動(dòng)塊與固定塊之間，通過(guò)推動(dòng)移動(dòng)塊以及擰動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)的螺母使其夾緊。 圖 41 磨料沖擊超聲加工示意圖來(lái)衡量 影響磨料沖擊超聲加工的效率、精度和表面質(zhì)量因素 磨料沖擊超聲加工的效率一般用單位時(shí)間去除工件材料的質(zhì)量或體積來(lái) 衡量。（以玻璃的加工速度為基準(zhǔn)） 表 4a 不同材料超聲加工的相對(duì)加工速度 材料 玻璃 鍺 石英 紅寶石 硬質(zhì)合金 金剛石 相對(duì)加工速度 100% 57% 52% 18% 5% %~% ⑷工具材料對(duì)加工效率的影響 作為超聲加工工具的材料 不可太硬，否則會(huì)促使磨料很快邊鈍，工具本身也容易被過(guò)量損耗，對(duì)提高加工效率很不利。粗檔加工以對(duì)工件材料去除為主，中檔加工是承上啟下的過(guò)度階段，而精檔加工則是對(duì)工件被加工表面進(jìn)行拋光精加工。切好后，辨別材質(zhì)并標(biāo)號(hào)。取出工件并用抹布將加工過(guò)程中濺出來(lái)的水擦掉，清洗工件，觀察加工孔的情況，可以把它們進(jìn)行比較。應(yīng)盡量的避免此類情況的發(fā)生。出口崩邊的原因是由于玻璃、陶瓷等硬翠材料抗拉強(qiáng)度低，在孔的加工后期，孔周邊出的壓力最大，進(jìn)給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂。 改進(jìn)措施： 工具磨損的大小取決于工具的材料、結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)的加工參數(shù)。若還不見(jiàn)效，則可能是：工具頭老化、鋼針開(kāi)焊、加焊。 ⑥換工具頭是應(yīng)關(guān)掉工作開(kāi)關(guān)，不可無(wú)工具頭運(yùn)轉(zhuǎn)?！冻暡庸ぜ夹g(shù)》 。20xx 年 [6]成大龍