【正文】 4 兩種磨料加工數(shù)據(jù)折線圖 上圖 34 為該實驗的折線圖，通過圖折線、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對加工工件的表面的表面質(zhì)量有很大的影響，磨料的力度越細其表面的質(zhì)量就越高但同時加工的時間也就越長。在開始和將要結(jié)束時，適當減小進給速度，以超聲波自由磨粒沖擊為主進行加工。 ②電流表指示大于 200 毫安 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁共 45 頁 35 解決方法同上，也可能是工具未上緊，鋼針振裂?！冻暡姍C原理與設(shè)計》 [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)計過程中提供了很多的重要參考意見，當我設(shè)計遇到困難時，他們必定會及時地給予指導(dǎo) ，幫助我解決設(shè)計中存在的問題，另外以及關(guān)心我的同學，是他們的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計才能夠順利進行。 改進措施： 可檢測加工靜壓力的大小，以最佳加工靜壓力控制進給速度的大小，則能大大提高鉆孔的效率。隨著他們的增大而嚴重。（加工卡死時不計時） （ 5）清理現(xiàn)場 加工完備后，切斷超聲波發(fā)生器電源開關(guān)以及示波器電源開關(guān)。因此要想達到某種等級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行磨料沖擊超聲加工，因此在選擇工具材料時，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，以減少工具的相對損耗，并且價格低廉。 ⑤選擇加工方式及熱處理 工件夾緊機構(gòu)可用數(shù)控加工中心銑削得到，加工好后進行淬火處理增加其耐磨性。 ⑦擺動伸縮桿設(shè)計 組合圖 簡要說明 擺動擺動伸縮桿與床身的組合圖如下，擺動伸縮桿其優(yōu)點方便了前后的自由伸縮，左右的自由擺動，且可以有效鎖緊，個自由度可有效實現(xiàn)，同時它的加工方式簡單方便。介質(zhì)彈性模量：E= N/ m2 ，ρ = /cm3。當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變幅桿、彎曲振動變幅桿。 圖 28 環(huán)形磁致 伸縮換能器 這種類型換能器的特點是：當線圈中同時通過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)生長度伸縮的變化，因而產(chǎn)生徑向振動，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。只有在同時進行了阻抗變換和調(diào)諧之后， 整個系統(tǒng)才算是達到了匹配，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和促進了超聲加工技術(shù)的發(fā)展；另一方面，超聲加工技術(shù)提供的強有力加工手段，又促進了新材料的發(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越大，對機械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。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，能高效、高質(zhì)量地加工陶瓷材料。該工藝將超聲振動引入 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 2 頁共 45 頁 2 到精密電火花加工中，通過研究超聲振動對電火花精加工過程的影響，開發(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。特別是對難加工材料的深孔鉆削來說，會出現(xiàn)很多問題。 指導(dǎo)者 (簽字 )： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語 評閱者評語： 對超聲波加工的工作原理掌握透徹、超聲波鉆床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案合理、結(jié)構(gòu)尺寸分析計算準確，論文說明書、開題報告等文本內(nèi)容寫作規(guī)范，圖紙表達基本符合工程圖紙要求，整體來說符合畢業(yè)設(shè)計相關(guān)要求。 評閱者 (簽字 )： 年 月 日 答辯委員會（小組）評語： 能準確介紹超聲波加工的工作原理，對超聲波鉆床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的介紹思路清晰，對超聲波鉆床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度分析計算原理運用準確，設(shè)計效果良好。例如，切削液很難進入切削區(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。實驗研究表明，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。 山東大學還利用超聲加工技術(shù)對大理石的孔加工進行了研究，并與陶瓷材料進行了對比研究。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)計說明書（論文） 第 4 頁共 45 頁 4 幾何參數(shù)外，在振動切削中，人們將更多的注意力轉(zhuǎn)為對刀具材料的開發(fā)與研究上，其中天然金剛石、人造金剛石和超細晶粒的硬質(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系統(tǒng)的核心部件。 (2)壓電換能器 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁共 45 頁 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，并進行極化處理，在該壓電片兩極間加上電場。其中縱向振動變幅桿可分為簡單形、復(fù)合形。 圖 212 三段復(fù)合變幅桿 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁共 45 頁 14 3 小型超聲波鉆床設(shè)計 根據(jù)以上敘述的超聲波加工原理，可以設(shè)計出一臺簡單的超聲波鉆床，并且通過與普通鉆床其性能進行對比，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 速度 V=(E/ρ )1/2= ()1/2=(m/s) 33 波長 λ = v/f= （ mm） 34 ③尾柱長度及圓柱體部分的長度 尾柱長度 L1 L1=λ /4= （ mm） 圓柱體部分的長度 L2 L2= ? /4K= 51304 2 2 0 1 0 0 0X XX? ? = （ mm） 取整 L2=32（ mm） ④小截面部分長度 因為 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)計參數(shù)加工出如圖示的變幅桿。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁共 45 頁 20 圖 39 組合示意 傳動絲杠及工作臺設(shè)計 因所設(shè)計鉆床為小型化的，傳動機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)追求簡單化、輕型化與可靠化，這里傳動 方式我選擇了螺旋傳動的方式，設(shè)計步驟如下： ①構(gòu)思并繪制 擺桿 結(jié)構(gòu)草圖 ②初定設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸 這里無標準件，只是在設(shè)計絲杠是螺紋選擇常見的 M20，以方便加工。 ⑥繪制加工零件圖 ⑦ 工件夾緊機構(gòu)設(shè)計組合圖 簡要說明 如下是加裝工件夾緊機構(gòu)設(shè)計組合圖，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、細三檔模式，對于磨料粒度的選擇也是由粗到細依次排列。由于磨料的價格昂貴，將碗里磨料的水倒掉，可留下次實驗繼續(xù)使用。入口崩邊是由于工具的進給力和超聲振動材料長產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的震動使整個 裂紋上端脫落造成的。 （ 2）簡單故障的排除及注意事項 ①換能器不工作 開機后打開工裝開關(guān)，這時可反復(fù)多次開、關(guān)工資開關(guān)，調(diào)整調(diào)諧鈕。在此我對他們熱忱的幫助表示衷心的感謝！ 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 38 頁共 45 頁 38 參考文獻 [1] 曹鳳國 。20xx 年 ?；すI(yè)出版社 [2] 胡敏強 , 金龍 , 顧菊平 。此時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總的崩邊現(xiàn)象發(fā)生，可采取分進給速度分階段選擇的 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 34 頁共 45 頁 34 方法。下圖 33 為加工后的孔效果圖。三者并沒有嚴格的界限，應(yīng)根據(jù)加工的實際狀況而定。在實際加工中，常用單位時間內(nèi)工具頭的進給量來表示相對加工速度，該方法比較直觀、方便。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 24 頁共 45 頁 24 圖 312 組合示意 超聲鉆固定套的設(shè)計 超聲鉆固定套用于固定超聲鉆，并與導(dǎo)桿相連接，設(shè)計簡單、可靠、輕巧即可。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁共 45 頁 21 圖 310 傳動絲杠及工作臺 示意 ③在草稿上進行簡單的強度校核 校核通過，確定 傳動絲杠及工作臺 最終結(jié)構(gòu)尺寸。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁共 45 頁 17 鉆床床身設(shè)計 床身包括了底盤與支撐，下面是其床身設(shè)計步驟： ① 構(gòu)思并繪制 床身 結(jié)構(gòu)草圖 ② 初定設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸 在初定床身參數(shù)尺寸 前，首先應(yīng)考慮其標準件的選擇，再去制定其余的尺寸。要設(shè)計超聲鉆床，也就從這幾個方面入手，詳細的設(shè)計步驟見下面。而復(fù)合形是由各種簡單形變幅桿根據(jù)實際需要組合而成的。外加電場起到了使壓電片的極化強度增大的作用。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)計說明書（論文） 第 5 頁共 45 頁 5 2 超聲波加工原理與系統(tǒng)組成簡介 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 1接觸壓力 F 1 工具頭震動方向 1震動 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 的振動切削系統(tǒng)已研 制出來并投產(chǎn)使用。 天津理工學院對大理石超聲精密雕刻技術(shù)進行了研究，開發(fā)了大理石超聲精雕系統(tǒng)。結(jié)果表明，超聲振動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題。 答辯委員會（小組）負責人 (簽字 )：