超声椭圆振动切削技术
高频超声椭圆振动精密切削

c ti g f r e a d c n i r v hef r n c u a y,h th sa n g t e ef c n S Ia e rug ne sc m— u tn o c n a mp o e t o mi g a c r c u a e a i f to u ̄ c o h s o v e
c y.
K e wor y ds:Eli ia b ain Cu tn l c lVi r to ti g;H ih Fr q e c ta o i pt g e u n y Ulr s nc;Pr c so ti g;Tr ns uc r e ii n Cu tn a d e
振Hale Waihona Puke 动切 削技 术 由 日本 宇都 宫 大学 隈部 淳 一 郎教授
于2 0世 纪 5 0年代 初 期提 出 , 根据 刀具 振 动 的轨迹 , 可
分 为普 通振 动切 削 和椭 圆振 动切 削 。椭 圆振 动切 削技
术 是 日本学 者 社本 英 二 等 最 早 提 出 的 , 有一 系列 优 具
o A rn uisadA t n ui , e ig10 8 , HN) f eo at n s o a t s B in 0 0 3 C c r c j
Absr c t a t:A o et l a o i r ns uc rwo k n t1 7. Hz h sbe n de ine o li ia i r t n c ti g n v ly ut s n c ta d e r i g a 5 k a e sg d f rel c lv b ai u tn . r 4 pt o
Dia eh ende r设计与研究 s n sc g Ra
高 频 超 声 椭 圆 振 动 精 密 切 削
钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

结论与展望
本次演示通过对钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削技术的深入研究,得出了以 下结论:超声椭圆振动铣削技术可有效提高钛合金薄壁件加工效率、降低切削力 与切削温度、提高工件表面质量并延长刀具使用寿命。然而,仍存在一些不足之 处,如未能对不同材料和厚度范围的钛合金薄壁件进行深入研究、实验样本量相 对较小等。
实验结果表明,优化后的高速铣削加工工艺在提高铝合金薄壁件加工效率和 精度方面具有显著效果。表面粗糙度仪和显微硬度计结果显示,优化后的工艺所 得工件表面粗糙度和硬度均有所改善。此外,通过统计分析,发现优化后的工艺 相比传统工艺,生产效率提高了20%,刀具损耗降低了15%。
结论本次演示通过对铝合金薄壁件高速铣削加工工艺的研究,提出了相应的 优化措施。通过实验验证,优化后的工艺在提高铝合金薄壁件加工效率和精度方 面具有显著效果。本次演示的研究对铝合金薄壁件高速铣削加工工艺的改进具有 一定的指导意义,为相关领域的应用提供了参考。
研究方法
本次演示采用理论分析与实验研究相结合的方法,对钛合金薄壁件超声椭圆 振动铣削技术进行了深入研究。首先,基于振动理论和有限元方法,对超声椭圆 振动铣削过程中的振动行为、切削力、切削温度等进行了理论分析。然后,通过 实验设计与制造,搭建了超声椭圆振动铣削实验平台,并选用不同工艺参数进行 实验,以获得最优的铣削效果。最后,对实验结果进行数据处理和分析,探讨了 工艺参数对铣削效果的影响规律。
参考内容
摘要:本次演示主要探讨铝合金薄壁件高速铣削加工工艺的优化方法。针对 现有工艺中存在的问题,提出了相应的优化措施。通过实验验证,优化后的工艺 可有效提高铝合金薄壁件的生产效率和加工质量。本次演示的研究对铝合金薄壁 件高速铣削加工工艺的改进具有一定的指导意义。
引言铝合金薄壁件在工业领域被广泛应用,如航空航天、汽车制造等。其具 有重量轻、比强度高等优点,但加工过程中易产生变形、裂纹等问题。高速铣削 加工工艺是一种高效、精确的加工方法,但在铝合金薄壁件的加工中仍存在一定 难度。因此,研究铝合金薄壁件高速铣削加工工艺的优化方法具有重要的实际意 义。
(R)超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究

第25卷第6期2004年11月 兵工学报ACTA ARM AM ENT AR IIVol.25N o.6Nov. 2004超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究*马春翔(上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200030)社本英二(名古屋大学工学部)森肋俊道(神户大学工学部)摘要 切削加工系统稳定性是切削加工中重要问题之一。
它不仅影响加工质量和生产率,而且还影响刀具和机床寿命,特别是对刚度弱的零件精密和超精密切削加工,切削加工系统稳定性问题更为突出。
本文根据超声波椭圆振动切削原理,分析了其动态背向切削力的特征,提出了具有正负脉冲的超声波椭圆振动切削动态背向切削力模型。
从切削动力学角度分析了椭圆振动切削对加工系统稳定性的影响,并用切削实验验证了超声波椭圆振动切削提高切削加工系统稳定性这一切削效果。
关键词 机械制造工艺与设备;超声波;椭圆振动切削;加工系统稳定性中图分类号 TH113超声波椭圆振动切削技术是在20世纪90年代提出的[1]。
与普通超声波振动切削(切削方向直线振动)[2~4]不同的是将椭圆振动附加于刀具上,使传统的切削过程发生了一些实质性的变化,产生了一系列优良的切削效果。
剪切角的增大和切削力的减小[1,5],毛刺、刀具表面附着物和颤振的抑制[5,6],难加工材料的超精密切削加工和刀具寿命[7~9]等方面,已取得了一些成果。
本文将分析超声波椭圆振动切削动态背向切削力的特征和提高切削加工系统稳定性的原因,最后用切削实验予以验证。
1 椭圆振动切削动态背向切削力的特征图1.1是超声波椭圆振动切削基本原理图,工件沿水平方向以切削速度v 进给,在包含切削方向和切屑流出方向的平面内将超声波椭圆振动附加于刀具上,当刀具在水平方向上的椭圆振动最大速度大于切削速度时,刀具与切屑和工件之间在椭圆振动每一周期中发生分离,这时被称为分离型超声波椭圆振动切削;当刀具在水平方向上的椭圆振动最大速度小于切削速度时,刀具与切屑和工件之间不发生分离,这时被称为不分离型超声波椭圆振动切削,本文只讨论分离型超声波椭圆振动切削对加工系统稳定性的影响。
超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展

超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展
孙玉涵;张艺嘉;杨延朝;蒋振峰;付秀丽
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势,已成为国内外研究及应用的热点,尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。
目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟,需要进一步地探索和实践。
通过超声椭圆振动切削机理、特性以及对加工表面质量影响因素的分析,阐明了其在加工中低切削温度、低切削力、低损伤、高尺寸精度以及良好表面完整性的独特优势,综述了在塑性材料、脆性材料、复合材料等难加工材料领域的应用,为后续研究超声椭圆振动切削技术提供了参考。
【总页数】8页(P100-107)
【作者】孙玉涵;张艺嘉;杨延朝;蒋振峰;付秀丽
【作者单位】济南大学机械工程学院;淄博大亚金属科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG506.5
【相关文献】
1.超声波椭圆振动切削加工系统稳定性研究
2.振动切削对难切削材料加工及提高刀具使用寿命的研究
3.振动切削中刀尖圆弧半径对难切削材料加工的影响
4.航空先
进材料旋转超声椭圆振动加工研究进展5.椭圆振动辅助切削振动参数对加工SiCp/Al切削力的影响研究
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超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

表面技术第52卷第9期超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展姜帅1,付秀丽1*,王振达1,潘永智1,蒋振峰2(1.济南大学 机械工程学院,济南 250022;2.山东淄博大亚金属科技股份有限公司,山东 淄博 255318)摘要:首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。
其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。
最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。
关键词:超声椭圆振动切削;超声椭圆振动切削装置;加工性能;复合超声振动;双激励;单激励中图分类号:TG506.5 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)09-0010-13DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.09.002Research Status and Progress of Ultrasonic Elliptical VibrationCutting Technology and Device ApplicationJIANG Shuai1, FU Xiu-li1*, WANG Zhen-da1, PAN Yong-zhi1, JIANG Zhen-feng2(1. School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China;2. Shandong Zibo Daya Metal Technology Co., Ltd., Shandong Zibo 255318, China)ABSTRACT: Firstly, the technology, principle and device characteristics of ultrasonic elliptical vibration cutting were introduced. The formation mechanism of elliptical orbit, the characteristics of each part of the device and its main application types and materials were discussed emphatically. The structure of ultrasonic elliptical vibration cutting device mainly included four parts: ultrasonic generator, ultrasonic transducer, horn and cutter head. In ultrasonic elliptical vibration cutting, the high-frequency elliptical ultrasonic structures mainly included piezoelectric transducer, composite variable cross-section horn and polycrystalline diamond tool. Secondly, two methods of ultrasonic elliptical vibration cutting were introduced. One was to excite two groups of piezoelectric ceramic stacks with electrical signals to generate two one-dimensional vibrations with phase difference. The other was to excite a group of piezoelectric ceramic laminates with electrical signals to generate one-dimensional vibration, which was induced into composite vibration under the action of special mode conversion horn. The research results of收稿日期:2022-06-09;修订日期:2022-09-28Received:2022-06-09;Revised:2022-09-28基金项目:国家自然科学基金面上项目(52175408);山东省自然科学基金重点项目(ZR2020KE022);山东省自然科学基金面上项目(ZR202102280460)Fund:General Program of National Natural Science Foundation of China (52175408); Key Project of Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2020KE022); General Program of Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR202102280460)引文格式:姜帅, 付秀丽, 王振达, 等. 超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展[J]. 表面技术, 2023, 52(9): 10-22.JIANG Shuai, FU Xiu-li, WANG Zhen-da, et al. Research Status and Progress of Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting Technology and Device第52卷第9期姜帅,等:超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展·11·domestic and foreign scholars on the structural design of composite ultrasonic vibration devices such as longitudinal bending composite materials were analyzed. Under these two excitation modes, there were longitudinal torsional composite materials, composite double bending and bending torsional composite materials. It mainly included the design of ultrasonic transducer and horn structure, and also mentioned the research and development of the device in frequency degeneracy and other optimization.Based on four kinds of composite ultrasonic elliptical vibration devices, the machining advantages and application scope of ultrasonic elliptical vibration cutting and traditional machining in machining performance, workpiece surface quality and machining accuracy were compared, as well as the machining effects obtained by different ultrasonic vibration devices in various machining processes. It was pointed out that ultrasonic elliptical vibration machining had the advantages of reducing cutting force, cutting temperature, reducing surface roughness, delaying tool wear, promoting stable chip outflow and improving machining accuracy. Finally, the development trend of the ultrasonic elliptical vibration cutting device was summarized and prospected, and the shortcomings of the previous device research were summarized, such as the small stiffness of the transducer, the low mode conversion efficiency, and the inability to achieve the same frequency resonance, which could be used as a reference for subsequent research. It was pointed out that the ultrasonic elliptical vibration device had gradually expanded from the field of mechanical manufacturing to the field of biopharmaceutical and micro nano manufacturing, and might develop towards the field of binding energy in the future.KEY WORDS: ultrasonic elliptical vibration cutting; ultrasonic elliptical vibration cutting device; processing performance;compound ultrasonic vibration; double excitation; single excitation随着航空航天等领域的飞速发展,产品的形状日渐复杂,对产品加工精度和表面质量要求越来越高[1],对刀具寿命的要求越来越高,产品的构成材料也越来越广泛,如陶瓷、玻璃、硬质合金、钛合金、铝合金和淬硬钢等硬脆难加工材料。
超声振动切削加工

超声振动切削加工的研究现状及进展摘要:简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。
通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述,探讨了超声振动切削的切削机理。
文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。
关键词:超声振动切削;难加工材料:切削机理Research of vibration assisted turning cutting technology andIts developmentAbstract:Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology.Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism0 前言超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上,使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。
基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计余德平;张敏;黄玮海;刘金光;姚进;陈东生【期刊名称】《四川大学学报(工程科学版)》【年(卷),期】2018(050)002【摘要】超声椭圆振动切削技术(ultrasonic elliptical vibration cutting,UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一.通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时,对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹.仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响.基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时,可通过调节施加电压的幅值和相位使得刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工.此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感.【总页数】7页(P170-176)【作者】余德平;张敏;黄玮海;刘金光;姚进;陈东生【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都 610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都 610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都 610065;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳 621900;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳 621900【正文语种】中文【中图分类】TB115;TB552【相关文献】1.基于有限元分析的椭圆振动切削换能器 [J], 金沙2.基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计 [J], 余德平;张敏;黄玮海;刘金光;姚进;陈东生;;3.基于有限元的单激励超声椭圆振动切削装置特性研究 [J], 殷振;傅玉灿;李华;曹自洋;陈玉荣4.基于有限元分析的椭圆振动切削换能器 [J], 李勋;季远;张德远5.超声椭圆振动切削装置的运动学建模与实验验证 [J], 史桂林;张臣因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
一种用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算方法[发明专利]
![一种用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6b9ad4d267ec102de3bd89ab.png)
专利名称:一种用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算方法
专利类型:发明专利
发明人:王爱博,赵清亮,郭兵
申请号:CN202010631176.2
申请日:20200703
公开号:CN111880471A
公开日:
20201103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算方法,它涉及一种切削轨迹的计算方法。
本发明为了解决现有超声椭圆振动切削轨迹若按照传统超精密加工的待加工曲线运动,存在过切现象进而增大加工表面的面形误差的问题。
本发明提出了一种用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算方法,该方法首先计算出在每一个振动周期内超声椭圆振动切削技术运动轨迹上与相应的待加工微直线段平行的切线所对应的切点,再通过坐标平移变换使得运动轨迹与待加工微直线段相切,再根据平移后的椭圆中心点序列重新计算得出新的超声椭圆振动切削技术运动轨迹,该运动轨迹则为超声椭圆振动切削技术切削轨迹。
本发明用于超声椭圆振动切削技术切削轨迹的计算。
申请人:哈尔滨工业大学
地址:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍:CN
代理机构:哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人:牟永林
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超声椭圆振动切削技术
超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。
在一个振动周期中,的有效切削时间很短,大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。
与工件、切屑断续接触,这就使得所受到的摩擦变小,所产生的热量大大减少,切削力显著下降,避免了普通切削时的“让刀”现象,并且不产生积屑瘤。
利用这种振动切削,在普通机床上就可以进行精密加工,圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度,最高可达到接近零误差,使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。
与高速硬切削相比,不需要高的机床刚性,并且不破坏工件表面金相组织。
在曲线轮廓零件的精加工中,可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工,可以节约高昂的数控磨床购置费用。
1.性能指标
1.1切削力小,约为普通切削力的1/3-1/10。
1.2加工精度高,主要取决于所用机床精度,所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。
1.3切削温度低,工件保持室温状态。
1.4不产生积屑瘤,工件变形小,没有毛刺。
1.5切削表面粗糙度低,可接近理论粗糙度值,最高可达Ra0.2以下。
1.6被加工零件的“刚性化”,即与普通切削相比,相当于工件刚性提高。
1.7加工过程稳定,能有效消除颤振。
1.8切削液的冷却、润滑作用提高。
1.9耐用度呈几倍到几十倍提高。
1.10被加工表面呈压应力状态,零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。
1.11切削后的工件表面呈彩虹效果。
2.应用范围
由于超声振动切削有如此多的优点,所以可广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。
2.1难加工材料切削:如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。
2.2加工淬硬钢零件及超硬零件,能得到很高的加工精度和表面质量:用硬质合金可以很轻松地加工硬度达HRC60以上的
淬硬钢零件,如高速钢、轴承钢等;用PCD加工硬质合金,可以大大提高的耐用度。
2.3成型切削:利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。
2.4细长杆件及薄壁件车削加工。
2.5超细直径零件车削加工。
2.6超精密加工。
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