【導(dǎo)讀】工作原理、河特點。重點分析超聲波鉆床的機械結(jié)構(gòu)特點，對超聲波。鉆床的設(shè)計方案，繪制了超聲波鉆床主要部件的零件圖和裝配圖。通過試驗驗證了超聲波鉆床的加工特性和存在的設(shè)計缺陷。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。該生畢業(yè)設(shè)計整體來說完成的比較出色，但也有某些不足的地方，要是因為平時缺乏相關(guān)工程項目開發(fā)的經(jīng)驗。鑒于以上情況和該生畢業(yè)設(shè)計過程中良好表現(xiàn)，成績評定為82分。對答辯組提出的問題回答準確，達到。工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、超聲復(fù)合加工領(lǐng)域均有較廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵性的工藝問題，取得了良好的效果。特優(yōu)點進行了很好論證。本設(shè)計方案主要滿足了結(jié)構(gòu)簡單、運動平穩(wěn)、操作方便、能實現(xiàn)多個方向動作等要求，很好的滿足了超聲鉆加工的進給與裝夾。展望未來，超聲加工技術(shù)的發(fā)展前景是美好的。加工方式相結(jié)合，逐漸形成了多樣的加工方法。

　　

【正文】 利于磨料懸浮工作液的流動，也會影響生產(chǎn)率的提高。所以在設(shè)計超聲工具時一定要考慮盡可能有利于工作液的循環(huán)。 影響加工質(zhì)量的因素很多，最主要的是磨料的粗細，該因素不但對加工效率有較大影響，對加工精度與表面質(zhì)量的影響也十分明顯。一般磨料越細，加工精度越高，表面質(zhì)量也越好。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。 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。粗檔加工以對工件材料去除為主，中檔加工是承上啟下的過度階段，而精檔加工則是對工件被加工表面進行拋光精加工。三者并沒有嚴格的界限，應(yīng)根據(jù)加工的實際狀況而定。 金剛石、碳化硼等材料的磨料沖擊超聲加工 眾所周知，金剛石是世界上已知的物體中硬度最高的，天然鉆石、人造聚晶金剛石、大顆粒人造單晶金剛石組成了金剛石家族，除了這個家族外立方蛋化硼、碳化硼等硬度較高的物質(zhì)也屬于超硬材料的范疇。它們的共同特點是高硬度、高脆性 ，都適于用磨料沖擊超聲進行加工。（本次實驗所用磨料主要是 碳化硼和金剛砂） 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 30 頁共 45 頁 30 磨料沖擊超聲加工實驗 實驗工具和材料 在實驗之前，我們首先現(xiàn)羅列以下此實驗所需要用的材料和工具，見下表 4a 所示。 表 3a 超聲鉆實驗工具和材料 實驗工具和材料 數(shù)量 超聲波發(fā)生器 1 臺 示波器 1 臺 超聲鉆（包括超聲電機和變幅桿等） 1 臺 磨料（碳化硼和金剛砂） 各 1 袋 計時器 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 實驗準備 （ 1）磨料準備 將買回來的磨料，倒入碗中加入適當?shù)乃M行攪拌，加水的目的是為了鉆孔時，降溫。（當然能加一些其它的冷卻液是更好不過了）攪拌均勻后留備用。 （ 2）加工材料準備 將找到的不規(guī)則的加工材料清洗，并用切割機切成規(guī)則形狀便于實驗的裝夾。切好后，辨別材質(zhì)并標號。 如：①青磚 ②玻璃 ③大理石 ④鵝卵石 ⑤花崗巖 ⑥巖石 ⑦瓷磚（材料見下圖 32） 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 31 頁共 45 頁 31 圖 42 超聲鉆加工實驗材料 （ 3）超聲波波形調(diào)試 將超聲波發(fā)生 器與示波器正確連接后（采用一通道即可），再將示波器打開，校零后，將超聲波發(fā)生器電源開關(guān)打開， 10s 后，啟動超聲波發(fā)生器。調(diào)整超聲波振動頻率等參數(shù)，此時示波器上將顯示一波形，并聽到輕微的變幅桿振動聲，但看不出，現(xiàn)在我們需要觀察水的霧化現(xiàn)象，水霧化后說明波形正確是我們所需要得到的波形。判斷水霧化的方法就是用勺把水澆到變幅桿的末端，看水的是否四濺，若沒有則還需要調(diào)整波形，直到最后產(chǎn)生霧化現(xiàn)象為止。我們可以發(fā)現(xiàn)此波形為一帶毛刺的尖峰波，這正是加工的所要得到的波形。 （ 4）超聲鉆加工計時 在磨料沖擊加工時，我們會讓兩 名同學(xué)一組進行，一位負責添加帶水磨料，另一名同學(xué)用秒表計時器計時，計時要求準確誤差小。（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)。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。取出工件并用抹布將加工過程中濺出來的水擦掉，清洗工件，觀察加工孔的情況，可以把它們進行比較。下圖 33 為加工后的孔效果圖。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 32 頁共 45 頁 32 圖 43 超聲鉆加工孔效果圖 實驗數(shù)據(jù)分析 （ 1）實驗數(shù)據(jù) 第一次試驗數(shù)據(jù) （金剛沙磨料） 編號 名稱 時間（ min） 深度 (mm) 1 青磚 2 玻璃 5 3 大理石 4 鵝卵石 5 花崗巖 6 巖石 7 瓷磚 9 第二次試驗數(shù)據(jù)（碳化硼磨料） 編號 名稱 時間 (min) 深度 (mm) 1 青磚 2 玻璃 5 3 大理石 4 鵝卵石 5 花崗巖 6 6 巖石 7 7 瓷磚 9 （ 2）數(shù)據(jù)分析 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 33 頁共 45 頁 33 數(shù)據(jù)分析0510152025青磚 玻璃大理石 鵝卵石 花崗巖巖石 瓷磚1 2 3 4 5 6 7名稱時間時間(min)深度(mm) 圖 44 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。反只表面的加工質(zhì)量很低。電流的大小對加工速同樣有影響，電流越大加工的速度越快反之則速度很慢。我們同時也發(fā)現(xiàn)但鉆磨損較大時起狀態(tài)和加工表面得質(zhì)量多會發(fā)生較大的變化。磨損出現(xiàn)后負載就加不上去波形業(yè)隨之改變，如能加工則加工電流則過大會引起鉆的發(fā)熱若時 間過長則會將鉆燒毀。狀態(tài)的改變也給試驗的準確性帶來了誤差。應(yīng)盡量的避免此類情況的發(fā)生。加工效率碎著孔的深度增加而降低。加工效率與材料也有關(guān)脆性越大加工效率越高。 提出加工中存在的問題及改進措施 （ 1）加工中存在的問題和改進措施 ①崩邊現(xiàn)象 在超聲鉆孔中，一個很難避免的問題就是工具入口和出口端會出現(xiàn)蹦邊的現(xiàn)象。工件材料的斷殘韌性越低，加工孔徑越小蹦邊就越明顯。入口和出口處崩邊受進給力和工具振幅兩個因素影響。隨著他們的增大而嚴重。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。出口崩邊的原因是由于玻璃、陶瓷等硬翠材料抗拉強度低，在孔的加工后期，孔周邊出的壓力最大，進給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂。 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。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。加工中工具的進給速度的大小應(yīng)根據(jù)不同工件材料、部通加工階段選取。 由超聲加工孔后期陶瓷材料的受力情況，在工件的底下施加一個均不力，使其作用方向與工件所受到總均不載荷方向相反，則 可以減小超聲加工在陶瓷空底面上的應(yīng)力，通過施加與壓力的方法，可以有效的避免超聲波加工陶瓷空出口邊緣崩碎現(xiàn)象，提高加工質(zhì)量，但是避免出口邊緣崩碎所施加的與壓力難以確定。 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下，以很大的速度不斷的沖擊琢磨工件的表面而進行加工。同時，懸浮工作液受端面的超聲振動作用而產(chǎn)生液壓沖擊和空化現(xiàn)象，在工件表面形成液體空腔，在閉合式引起的極強的液壓沖擊破壞工件表面。同時液破壞工具。 改進措施： 工具磨損的大小取決于工具的材料、結(jié)構(gòu)及各項的加工參數(shù)。為了減小工具的 磨損，應(yīng)合理的選擇工具的材料，一般的加工硬脆材料多選用 45 鋼或碳素工具鋼的材料，應(yīng)為這些材料具有抗疲勞強度高、比較耐磨，加工容易。如果要求加工精度較高時，采用硬質(zhì)合金或淬火鋼角好，必要時可采用金剛石面鍍覆工具。此外，還要針對加工材料，優(yōu)化軸向載荷、工具參數(shù)和工具振幅等參數(shù)。 ③鉆的加工率慢 應(yīng)為在鉆孔只控制工件的向上進給速度，而速度的控制只能近似的保證加工順利進行為條件，由于試驗的條有限，無法保證加工中位最佳靜壓力，而超聲波加工中加工壓力對材料去除率即加工效率的影響是非常重要的。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。 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。 （ 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。若還不見效，則可能是：工具頭老化、鋼針開焊、加焊。此時將鋼針重新焊或者更換工具頭。 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。 ③換能器發(fā)燙 由于電流過大解決方法同上。 ④斷針 功率過大，鋼針 太長所故。建議工作調(diào)整在正常功率以內(nèi)。 ⑤打孔速度低 這是磨料的粗細有關(guān)或磨料的剛度太低。及水沙比例不合適，一般水沙的比例為，能流動即可、不可太干。 ⑥換工具頭是應(yīng)關(guān)掉工作開關(guān)，不可無工具頭運轉(zhuǎn)。 ⑦功率不要條整過大一部的不要大于 100 毫安 ⑧打孔進行時，應(yīng)該掌握一個最佳靜壓力，不可以太用力或用力太輕度會影響加工的速度。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 36 頁共 45 頁 36 結(jié)論 實驗總的來說，超聲波加工確實加工平穩(wěn)、無噪聲，加工時間要比普通鉆床加工時間短（一般指脆硬性材料）且加工不易產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象，加工效果要比普通鉆床好的多。 加工的設(shè)備也是及其簡單，只有發(fā)生器外加超聲波電機，無其它復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)。 此次實驗可以很好的說明超聲加工它與傳統(tǒng)的加工方式比較確實有它的獨特之處，毫無疑問我們應(yīng)該發(fā)現(xiàn)并表明，超聲波加工在加工脆硬性材料方面有特出的優(yōu)點，值得我們進一步探究，需要我們注意的是一些加工細節(jié)問題。 在此希望人們早日發(fā)現(xiàn)超聲波加工的更多優(yōu)點，并把其應(yīng)用在實際生活中去，為人類造福 ? 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 37 頁共 45 頁 37 致謝 本文是在指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)下 完成的。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(xué)，是他們的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計才能夠順利進行。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 。《超聲波加工技術(shù)》 ?；すI(yè)出版社 [2] 胡敏強 , 金龍 , 顧菊平 ?！冻暡姍C原理與設(shè)計》 [3] 趙淳生 ?！冻曤姍C技術(shù)與應(yīng)用》 [ 4]超范國良 , 陳傳梁 ?！冻?聲加工概況和未來展望 》 。1994 年 [5]成大龍 ?！稒C械設(shè)計手冊 單行本 機械振動 /機架設(shè)計》 。北京化學(xué)工業(yè)出版社 。20xx 年 [6]成大龍 ?！稒C械 設(shè)計手冊 單行本 機構(gòu)設(shè)計》 。北京化學(xué)工業(yè)出版社 。20xx 年 [7 ]寧偉，許明翔，王耀俊 。《固體間不同厚度界面層超聲反射聲學(xué)技術(shù)》 。1995 年 [8] 王亞非 , 袁敬閎 , 曾宏亮 ?！斗謱用劫|(zhì)中聲波傳輸規(guī)律的研究壓電與聲光》 。20xx 年