基于有限元分析的椭圆振动切削换能器

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/0c4313578.html,

基于有限元分析的椭圆振动切削换能器

作者：金沙

来源：《科技创新与应用》2014年第06期

摘要：经过解析以往的纵向震动换能设备的构造，策划出新式的能够在构造不匀称的条

件下，单方面带动椭圆形成震动的模式，采取简单的问题代替复杂的问题对换能设备开展有效的静力以及动力学解析，对换能设备的大小开展改良策划，能够推动换能设备震动形式以及谐振速度达到完善的境界，从这个根本上开发出单向带动超声椭圆震动切屑设备，同时使用PCD刀具开展超声椭圆震动切削实验，能够获取品质较好的制造，证明了采取简单的问题代

替复杂问题可行性，对换能设备的策划以及策划系数改善与震动方法解析方面进行了可行性的引导，并且也证明了椭圆震动切削可以在很大程度上提升制造品质。

关键词：有限元分析；超声换能器；椭圆振动；PCD刀具

在制造航天器中，对很多工件的制造都要求必须精准，一些工件必须要确保其制造的大小、圆滑度以及圆柱度等系数，并且还要尽最大可能的减小制造时在其外表遗留的应力。在日常的切削制造中，因为切削的作用，只是凭借提升制造工具的敏锐性、减少吃刀量的技术方式对残留在工件外表的应力减小没有太大的作用。超声震动切削拥有减少切削力度、提升制造外表品质以及精准度的优点，不过在日常的超声震动切削时，因为刀具和能够接触到刀面的工件外表会多次的进行摩擦，不仅损坏了工件外表，对刀具也会产生相应的损坏，出现刀刃崩坏，尤其在制造精准度要求高的工件，大多使用金刚石抑或聚晶金刚石硬度强脆性大十分敏锐的刀具时，更加阻碍了超声震动切削在制造精确度高的工件中普及。在二十世纪九十年代，日本的开发工作者第一个提出了在制造精准度高的工件范围内使用超声椭圆震动的切削措施。文章经过简单问题代替复杂问题的方式对换能设备的构造开展解析，变动机械构造的系数，开发除了在构造不平衡的条件下，使用单向就能够带动椭圆震动的超声换能设备，同时使用PCD材质的刀具完成了对铝合金材质材料的精密加工试验，有很好的效果，在很大程度上促进了超声震动在制造精准度高的工件中的使用。

1 超声椭圆振动切削机理

超声震动切削方式是以平常的切削方式为根本，使用超声震动带动刀具出现一种附属的强制震动，刀具和零件能够产生来回式的具有间断的切削方式，进而遗留在配件外表的应力降低，切削范围内温度降低，能够防止积削瘤的出现，在很大程度上提升制造品质。不过平常的超声震动切削存在一定的弊端，刀具和零件来回的多次进行摩擦，对刀具会产生破坏，制造时刀具受力状况如图1中显示的。

从图1（a）可以看出在超声振动切削阶段，刀具要承受主切削力 Nr、吃刀抗力 Nr、切屑与前刀面之间的摩擦力Fr以及以加工表面与后刀面之间的摩擦力Fr，4 个力合成后力对刀尖