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同普通电火花钻孔技术相比,超声辅助电火花加工技术可以减少微裂纹尺寸和重铸层的厚度,且具有更高的材料去除率。由于小尺寸工件容易实现超声振动,目前针对超声辅助电火花钻孔的研究中,涉及的多是基于小尺寸工件振动的孔加工。但限于振动实现的难度大或不可控性,此方法很难满足大质量或复杂结构工件上大深径比小孔的加工。为了解决此问题,本文对电极振动的超声辅助电火花钻孔加工关键技术及其机理开展了深入研究。首先,将电极振动、电极旋转和电极中心内出水功能进行复合,研制了超声辅助电火花加工设备,并将其应用于大深径比小孔的电火花加工。在设备的结构设计中,将这三种辅助功能集中设计于结构紧凑的附件化系统中,并针对性地设计了非接触信号传输结构来实现超声信号的传输。在该附件化系统的核心部件—超声换能器的结构设计中,本文没用采用适合于简单结构换能器的传统分段设计方法,而是对包含了压电振子、变幅杆、预紧力螺栓等部件的换能器整体进行设计,采用有限元法准确设计出满足使用要求的超声换能器。其次,针对加工过程中电极损耗引起系统谐振频率改变,进而导致电极振幅减弱的问题,本文提出了利用局部共振原理来解决的新思路。在建立换能器力学模型的基础上,计算出了系统振动方程的解析解,明确了引起局部共振现象的关键因素。方程的解析解表明当使用细长电极时,振动系统不仅存在通常意义上的电极局部共振,还存在驱动系统的局部共振这一系统谐振状态。通过对换能器谐振频率和电极振幅的测量,验证了解析计算结果同时,发现了在驱动系统局部共振时,不同电极长度下,电极具有较为稳定的振幅和谐振频率。利用这一特性很好地解决了电极损耗后系统频率改变和电极振幅减弱的问题。针对这一谐振状态,分析了超声信号非接触传输系统的等效电路,并进行了相应的匹配电路设计。最后,在搭建的实验平台基础上,对两种难加工材料进行了大深径比小孔加工实验,验证了所发现的驱动系统局部共振现象的实用性,以及所开发的附件化加工系统的有效性。通过与传统电火花加工实验结果的对比,发现同时具备电极旋转、电极振动和电极中心内出水的超声辅助电火花加工方法可以显著提高小孔的加工深度和加工效率。在适当的放电电流下,加工深度和加工效率最高提高了约一倍。为了深入理解超声辅助功能的作用机理,本文创新性地引入了概率理论,并建立了超声电火花放电概率模型。在此模型基础上,对比计算了传统电火花和超声辅助电火花的放电概率,发现引入超声振动后放电概率得到显著提高,很好地从统计学的角度揭示了超声辅助功能的作用机理。