【摘 要】
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振动辅助加工以平均切削力小、加工效率高、表面加工质量好等优势成为精密与特种加工中不可或缺的技术,可用于复合材料、硬脆材料等一些难以加工的材料,例如陶瓷、玻璃、超硬合金等。其中三维振动辅助加工被认为是最有潜力的加工方法,但国内外的研究集中在多激励装置方面,通过的特殊结构耦合成为三维振动,这对多个激励源之间的配合要求较高,装置结构复杂且体积较大。因此本文设计了一种体积小,结构简单的单激励三维超声振动辅
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振动辅助加工以平均切削力小、加工效率高、表面加工质量好等优势成为精密与特种加工中不可或缺的技术,可用于复合材料、硬脆材料等一些难以加工的材料,例如陶瓷、玻璃、超硬合金等。其中三维振动辅助加工被认为是最有潜力的加工方法,但国内外的研究集中在多激励装置方面,通过的特殊结构耦合成为三维振动,这对多个激励源之间的配合要求较高,装置结构复杂且体积较大。因此本文设计了一种体积小,结构简单的单激励三维超声振动辅助加工装置。论文具体内容如下:（1）本文基于超声波斜入射理论对斜槽结构的复合振动机理进行了分析,提出一种具有斜槽结构的变幅杆,变幅杆可在单激励下产生X、Y、Z三个方向的同频简谐振动,即在空间中输出椭圆振动轨迹,并设计出一套单激励三维超声振动辅助加工装置。（2）对斜槽式变幅杆进行了模态分析,得出其固有频率与振型,通过节点路径分析确定了2阶模态符合要求。随后通过瞬时动力学分析得出变幅杆输出端的振动特性,验证了变幅杆输出端在空间中的振动轨迹为类椭圆,最后通过控制变量法探究了斜槽角度、个数、长度、宽度对于斜槽模式转换的影响规律,并对变幅杆斜槽结构进行了优化。仿真结果表明斜槽式变幅杆符合预期,可应用于单激励三维超声振动辅助加工装置中。（3）搭建了单激励三维超声振动辅助加工装置的实验测试系统,首先对斜槽式变幅杆进行了固有频率测试,并在共振状态下测量了变幅杆X、Y、Z三个方向的振动轨迹,通过对实验数据的分析得出了变幅杆的放大系数以及空间振动轨迹。实验证明了单激励斜槽式变幅杆可以输出空间椭圆振动轨迹,单激励三维振动辅助加工装置满足设计要求。
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