【正文】 4 兩種磨料加工數(shù)據(jù)折線圖 上圖 34 為該實(shí)驗(yàn)的折線圖，通過(guò)圖折線、數(shù)據(jù)和表面質(zhì)量的比較可以清楚的看出磨料的粗細(xì)對(duì)加工工件的表面的表面質(zhì)量有很大的影響，磨料的力度越細(xì)其表面的質(zhì)量就越高但同時(shí)加工的時(shí)間也就越長(zhǎng)。在開(kāi)始和將要結(jié)束時(shí)，適當(dāng)減小進(jìn)給速度，以超聲波自由磨粒沖擊為主進(jìn)行加工。 ②電流表指示大于 200 毫安 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 35 頁(yè)共 45 頁(yè) 35 解決方法同上，也可能是工具未上緊，鋼針振裂。《超聲波電機(jī)原理與設(shè)計(jì)》 [3] 趙淳生 ?！斗謱用劫|(zhì)中聲波傳輸規(guī)律的研究壓電與聲光》 。老 師在我的設(shè)計(jì)過(guò)程中提供了很多的重要參考意見(jiàn)，當(dāng)我設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，他們必定會(huì)及時(shí)地給予指導(dǎo) ，幫助我解決設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，另外以及關(guān)心我的同學(xué)，是他們的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能夠順利進(jìn)行。 改進(jìn)措施： 可檢測(cè)加工靜壓力的大小，以最佳加工靜壓力控制進(jìn)給速度的大小，則能大大提高鉆孔的效率。隨著他們的增大而嚴(yán)重。（加工卡死時(shí)不計(jì)時(shí)） （ 5）清理現(xiàn)場(chǎng) 加工完備后，切斷超聲波發(fā)生器電源開(kāi)關(guān)以及示波器電源開(kāi)關(guān)。因此要想達(dá)到某種等級(jí)的加工精度和表面粗糙度，并且還要保持較高的加工速度，選擇磨料粒度的粗細(xì)是至關(guān)重 要的。相反，硬度和脆性不是很大的韌性材料，因其具有緩沖作用而難于進(jìn)行磨料沖擊超聲加工，因此在選擇工具材料時(shí)，既要考慮能撞擊磨粒，又能保證工具自身不受到很大破壞，在超聲加工中常用 45鋼作為工具材料，以減少工具的相對(duì)損耗，并且價(jià)格低廉。 ⑤選擇加工方式及熱處理 工件夾緊機(jī)構(gòu)可用數(shù)控加工中心銑削得到，加工好后進(jìn)行淬火處理增加其耐磨性。 ⑦擺動(dòng)伸縮桿設(shè)計(jì) 組合圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明 擺動(dòng)擺動(dòng)伸縮桿與床身的組合圖如下，擺動(dòng)伸縮桿其優(yōu)點(diǎn)方便了前后的自由伸縮，左右的自由擺動(dòng)，且可以有效鎖緊，個(gè)自由度可有效實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它的加工方式簡(jiǎn)單方便。介質(zhì)彈性模量：E= N/ m2 ，ρ = /cm3。當(dāng)Ⅰ或Ⅲ的任一段為零，則可構(gòu)成兩段復(fù)合變幅度桿。 變幅桿可分為縱向振動(dòng)變幅桿、彎曲振動(dòng)變幅桿。 圖 28 環(huán)形磁致 伸縮換能器 這種類型換能器的特點(diǎn)是：當(dāng)線圈中同時(shí)通過(guò)偏磁電流和交變流后，圓環(huán)受到磁致伸縮應(yīng)力的作用，沿圓周產(chǎn)生長(zhǎng)度伸縮的變化，因而產(chǎn)生徑向振動(dòng)，可以自圓環(huán)內(nèi)側(cè)面 (圖 28 a ) 或外側(cè)面 (圖 28 b )向周圍介質(zhì)輻射超聲波。只有在同時(shí)進(jìn)行了阻抗變換和調(diào)諧之后， 整個(gè)系統(tǒng)才算是達(dá)到了匹配，換能器才能正常地工作。因此，一般多采用比較低的超聲頻率。一方面，材料加工的客觀需要推動(dòng)和促進(jìn)了超聲加工技術(shù)的發(fā)展；另一方面，超聲加工技術(shù)提供的強(qiáng)有力加工手段，又促進(jìn)了新材料的發(fā)展。 (1) 研制和采用新的刀 具材料 在現(xiàn)代制造業(yè)中，鈦合金、純鎢、鎳基高溫合金等難加工材料所使用的范圍越來(lái)越大，對(duì)機(jī)械零件加工質(zhì)量的要求越來(lái)越高。結(jié)果表明，該復(fù)合加工技術(shù)有效地結(jié) 合了超聲加工和放電加工的特點(diǎn)，能高效、高質(zhì)量地加工陶瓷材料。該工藝將超聲振動(dòng)引入 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 2 頁(yè)共 45 頁(yè) 2 到精密電火花加工中，通過(guò)研究超聲振動(dòng)對(duì)電火花精加工過(guò)程的影響，開(kāi)發(fā)出了一種將超聲和電火花結(jié)合在一起的新型 4 軸電火花加工裝置。特別是對(duì)難加工材料的深孔鉆削來(lái)說(shuō)，會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。 指導(dǎo)者 (簽字 )： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱者評(píng)語(yǔ)： 對(duì)超聲波加工的工作原理掌握透徹、超聲波鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理、結(jié)構(gòu)尺寸分析計(jì)算準(zhǔn)確，論文說(shuō)明書、開(kāi)題報(bào)告等文本內(nèi)容寫作規(guī)范，圖紙表達(dá)基本符合工程圖紙要求，整體來(lái)說(shuō)符合畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)要求。 評(píng)閱者 (簽字 )： 年 月 日 答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)： 能準(zhǔn)確介紹超聲波加工的工作原理，對(duì)超聲波鉆床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的介紹思路清晰，對(duì)超聲波鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析計(jì)算原理運(yùn)用準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)效果良好。例如，切削液很難進(jìn)入切削區(qū)，造成切削溫度高；刀刃磨損快，產(chǎn)生積屑瘤，使排屑困難，切削力增大等。實(shí)驗(yàn)研究表明，應(yīng)用該裝置可以在 Ti合金上加工出 φ mm、且深徑比 15 的深小孔。 山東大學(xué)還利用超聲加工技術(shù)對(duì)大理石的孔加工進(jìn)行了研究，并與陶瓷材料進(jìn)行了對(duì)比研究。為了更好地發(fā)揮刀具的效能，除了選用合適的刀具 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 4 頁(yè)共 45 頁(yè) 4 幾何參數(shù)外，在振動(dòng)切削中，人們將更多的注意力轉(zhuǎn)為對(duì)刀具材料的開(kāi)發(fā)與研究上，其中天然金剛石、人造金剛石和超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金材料的研究和應(yīng)用為主要方向。材料加工中的許多課題需要我們共同去探討。 超聲波加工系統(tǒng)組成 超聲波加工系統(tǒng)一般主要由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、以及一些輔助裝置組成。 超聲波換能器 超聲換能器是超聲振動(dòng)系統(tǒng)的核心部件。 (2)壓電換能器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 11 頁(yè)共 45 頁(yè) 11 ① 壓電換能器的工作原理 壓電換能器是利用壓電材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特性，即壓電晶體的逆壓電效應(yīng)而制成的，如圖 29 所示，將壓電材料做成片狀，上下兩面涂上銀層作為電極，并進(jìn)行極化處理，在該壓電片兩極間加上電場(chǎng)。其中縱向振動(dòng)變幅桿可分為簡(jiǎn)單形、復(fù)合形。 圖 212 三段復(fù)合變幅桿 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 14 頁(yè)共 45 頁(yè) 14 3 小型超聲波鉆床設(shè)計(jì) 根據(jù)以上敘述的超聲波加工原理，可以設(shè)計(jì)出一臺(tái)簡(jiǎn)單的超聲波鉆床，并且通過(guò)與普通鉆床其性能進(jìn)行對(duì)比，探討總結(jié)出超聲波鉆床的工性能。 ②申博在變幅桿中傳播的速度及 波長(zhǎng) 速度 V=(E/ρ )1/2= ()1/2=(m/s) 33 波長(zhǎng) λ = v/f= （ mm） 34 ③尾柱長(zhǎng)度及圓柱體部分的長(zhǎng)度 尾柱長(zhǎng)度 L1 L1=λ /4= （ mm） 圓柱體部分的長(zhǎng)度 L2 L2= ? /4K= 51304 2 2 0 1 0 0 0X XX? ? = （ mm） 取整 L2=32（ mm） ④小截面部分長(zhǎng)度 因?yàn)?1 1 2ta n 3 c o t 2 .22RRkl kl kl R???=cot4? +4? x（ 225 — 1） = 則 kl3= 所以 L3= 513020xx0 =（ mm） 取整 L3= 35(mm) ⑤振幅放大系數(shù) 振幅放大系數(shù) M M= 1 sin cos 3R klR kl = 22 sin / ? =20 即根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)加工出如圖示的變幅桿。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 20 頁(yè)共 45 頁(yè) 20 圖 39 組合示意 傳動(dòng)絲杠及工作臺(tái)設(shè)計(jì) 因所設(shè)計(jì)鉆床為小型化的，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)追求簡(jiǎn)單化、輕型化與可靠化，這里傳動(dòng) 方式我選擇了螺旋傳動(dòng)的方式，設(shè)計(jì)步驟如下： ①構(gòu)思并繪制 擺桿 結(jié)構(gòu)草圖 ②初定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸 這里無(wú)標(biāo)準(zhǔn)件，只是在設(shè)計(jì)絲杠是螺紋選擇常見(jiàn)的 M20，以方便加工。 ⑥繪制加工零件圖 ⑦ 工件夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)組合圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明 如下是加裝工件夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)組合圖，工件可得到有效的夾緊，夾緊方 便，架構(gòu)輕巧。磨料沖擊超聲加工示意圖如圖41所示 。 一般磨料沖擊超聲加工可分為粗、中、細(xì)三檔模式，對(duì)于磨料粒度的選擇也是由粗到細(xì)依次排列。由于磨料的價(jià)格昂貴，將碗里磨料的水倒掉，可留下次實(shí)驗(yàn)繼續(xù)使用。入口崩邊是由于工具的進(jìn)給力和超聲振動(dòng)材料長(zhǎng)產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的震動(dòng)使整個(gè) 裂紋上端脫落造成的。 （ 2）簡(jiǎn)單故障的排除及注意事項(xiàng) ①換能器不工作 開(kāi)機(jī)后打開(kāi)工裝開(kāi)關(guān)，這時(shí)可反復(fù)多次開(kāi)、關(guān)工資開(kāi)關(guān)，調(diào)整調(diào)諧鈕。在此我對(duì)他們熱忱的幫助表示衷心的感謝！ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 38 頁(yè)共 45 頁(yè) 38 參考文獻(xiàn) [1] 曹鳳國(guó) 。20xx 年 ?；すI(yè)出版社 [2] 胡敏強(qiáng) , 金龍 , 顧菊平 。此時(shí)將鋼針重新焊或者更換工具頭。 改善措施： 鉆孔中為了避免入口和出口處嚴(yán)總的崩邊現(xiàn)象發(fā)生，可采取分進(jìn)給速度分階段選擇的 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 34 頁(yè)共 45 頁(yè) 34 方法。下圖 33 為加工后的孔效果圖。三者并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，應(yīng)根據(jù)加工的實(shí)際狀況而定。在實(shí)際加工中，常用單位時(shí)間內(nèi)工具頭的進(jìn)給量來(lái)表示相對(duì)加工速度，該方法比較直觀、方便。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 24 頁(yè)共 45 頁(yè) 24 圖 312 組合示意 超聲鉆固定套的設(shè)計(jì) 超聲鉆固定套用于固定超聲鉆，并與導(dǎo)桿相連接，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠、輕巧即可。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 21 頁(yè)共 45 頁(yè) 21 圖 310 傳動(dòng)絲杠及工作臺(tái) 示意 ③在草稿上進(jìn)行簡(jiǎn)單的強(qiáng)度校核 校核通過(guò)，確定 傳動(dòng)絲杠及工作臺(tái) 最終結(jié)構(gòu)尺寸。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 17 頁(yè)共 45 頁(yè) 17 鉆床床身設(shè)計(jì) 床身包括了底盤與支撐，下面是其床身設(shè)計(jì)步驟： ① 構(gòu)思并繪制 床身 結(jié)構(gòu)草圖 ② 初定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸 在初定床身參數(shù)尺寸 前，首先應(yīng)考慮其標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，再去制定其余的尺寸。要設(shè)計(jì)超聲鉆床，也就從這幾個(gè)方面入手，詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟見(jiàn)下面。而復(fù)合形是由各種簡(jiǎn)單形變幅桿根據(jù)實(shí)際需要組合而成的。外加電場(chǎng)起到了使壓電片的極化強(qiáng)度增大的作用。目前，廣泛采用的超聲換能器主要有磁致伸縮換能器和壓電換能器兩大類。 超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器分模擬電路超聲波發(fā)生器和數(shù)字電路超聲波發(fā)生器，這里主要講述模擬電路超聲波發(fā)生器。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 5 頁(yè)共 45 頁(yè) 5 2 超聲波加工原理與系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介 超聲波加工原理 超聲波發(fā)生器 換能器 變幅桿 工具頭 磨料 工件 容器 泵 磨料供給管頭 工作臺(tái) 1接觸壓力 F 1 工具頭震動(dòng)方向 1震動(dòng) 位移振幅分布 圖 21 超聲加工的基本加工裝置 超聲波加工技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、最基本的加工方式是磨料沖擊加工，因此下面以磨料沖擊加工為例闡述超聲加工的基本原理。到目前為止，輸出能量為 4 kW 的振動(dòng)切削系統(tǒng)已研 制出來(lái)并投產(chǎn)使用。 天津理工學(xué)院對(duì)大理石超聲精密雕刻技術(shù)進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了大理石超聲精雕系統(tǒng)。結(jié)果表明，超聲振動(dòng)磨削可明顯提高陶瓷加工效率，能有效地消除普通磨削產(chǎn)生的表面裂紋和凹坑，是陶瓷深孔精密高效加工的新方法。采用超聲加工則可有效解決上述問(wèn)題。 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人 (簽字 )：