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超声
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哈尔滨理工大学学士学位论文 声磨削装置 摘 要 带有 旋转 的 超声磨削 加工 是在 原有 机械 加工 磨削的根 本原理 上，将超声 加工 的振动和 磨削 器械混合到一起的新型式加工的方法。该方式保存了原有机械磨削的某 些 好的特点，有了超声振动的参与 ，能极大地提升加工时的工作效率，更能对 难加工材料磨削表面质量 有所改善 。 这篇论文的意义是研究 出旋转超声磨削装置 结构，使用这个 装置 从事一些加工实验 。全文主要内容概括如下： 探讨分析 旋转超声磨削 机构这个装置， 材料 如何除去的原理 。 这个装置 中 去除 材料 的原 理 有相同时间具备冲击（磨具上的磨粒对工作件 表面的高 快速撞 击）和磨蚀（ 旋转 的 磨削 加工工具 和进给 中的运动 可 以变为模型化 为磨削 加工的 过程） 的作用 。 研究并制作 一种 新型式的 旋转超声磨削装置。该结构装置能 安装在 不同种类的机床上 ， 进行旋转超声磨削加工对常规表面和某些较多样 型面 的材料 。 关键词 超声加工意义 ； 旋转超声磨削 ；结构设计与校核 哈尔滨理工大学学士学位论文 is a in of of of of it of of to of is to of a to do as of to of is of in of on in be as of A of is be on of is to of 尔滨理工大学学士学位论文 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 声的发展史 . 1 声发展简介 . 1 外发展 . 1 内发展 . 2 声加工的原理及特点 . 3 统超声加工 . 3 转超声加工 . 4 声加工陶瓷的意义及前景 . 5 章小节 . 5 第 2 章 工程陶瓷材料的使用价值及加工技术 . 6 构陶瓷 . 6 瓷基 本 复合材料 . 7 能陶瓷 . 8 章小结 . 10 第 3 章 装超声磨削装置的结构设计 . 11 声加工设备及其组成部分 . 11 步结构设计 . 11 构的比较 . 13 后结构的确定 . 16 章小结 . 17 第 4 章 装置中的各部件的 设计及校核 . 18 电机的计算与选择 . 18 幅杆的设计 . 20 电陶瓷的选择 . 22 强度的较核 . 23 的校核 . 25 章小结 . 26 第 5 章 超声磨削与环境保护 . 27 前我国环境现状 . 27 哈尔滨理工大学学士学位论文 声加工对环境影响 . 27 章小结 . 28 结论 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 附录 A . 32 附录 B . 38 哈尔滨理工大学学士学位论文 1章 绪论 声的发展史 声发展简介 近年来科学水平 的 快速提升和飞机火箭等加工的需要 ， 难加工材料使用越来越多如 1合材料、工程陶瓷 等 ， 它们的特殊性质使其制造加工有些费力 。例如， 在海洋里使用的零件一般 用的是不锈钢 ， 但是不锈钢加工很困难费时费力， 切削 不锈钢 过程 当 中切削 损耗 功率 多 ，切削 时温度 很 高，而且 还有表面质量较低的 加工工件。又如 飞机火箭上的 发动机重要零件 经常采用 T、 金等先进 构造材料，而钛、镍这些复合 材料 加工 切削 又不是很好 ，主要 体现 在 它们的 热硬度和热强度很高，所需切削力强 ， 对加工时使用的 工件、刀具 被 损害很大 。 比如使用工程陶瓷的航天飞机，这种材料强度硬度脆性都很高，所以无论是加工还是成本都很高。 此类 复合 材料的 应用普遍 ，对机械制造业 给出 了 很多需要解决 的新 加工 问题。 所以使用原有加工方 式非常艰难 ， 有些还加工不出来 ， 因此新型的加工方式出现了那就是特种加工对它们的加工效果非常好 。而在特种加工方法中， 有特有的优势的就是 超 声加工， 因此使用的非常普遍 。 超声波指的就是人耳 听不到的 动静 。 通常来说 可以 被人耳 听到的声波的频率范围约为1620此，人们常把高于 20声波称为超声波。而在 现实 应用时 ，频率在 16下 的 超声技术 也被使用。 1830 年 莎汝特 讨论了人耳能听到 的频率 使用了多齿的轮产生 超声，但 通常 认为，首次 真正 产生 超 声的应是 弗勾扥 的气哨 测验 。 爆发第一次世界大战的时候，菈葛文 发明了换能器 ， 使用在水里 的超声波， 开始了真正的有效的研究超声具有的特点 ，如频率、波长、在 固定路程 内沿直线 传导 很 好的束射性和方向性、并 产生空化作用在液体中传播的时候 。 总而言之超声技术使用的越来越普遍 。 在一些高科技先进设备中发挥了不可替代的作用 。 外发展 1927 年 ,美国物理学家 悟 和 路密斯 做了超声加工 实验，使用超声振动对玻璃板进行了加工 。 1951 年 ，美国的科恩制 造世界 第一台 可用 的超声加工机 器 11964 年，英格兰 人 莉葛发现了 烧结或电镀金刚石刀具的旋转超声加工的方法， 解决 了 有的 超声加工深孔时加工速度低和精度差的 问题 。在 70 年 待左右 美国在超声钻中心孔、 声光整加工、 磨削、 拉管和焊接等 部分 ，已 进行了应用 。超声车削、 钻孔、 镗孔、 已经用于 试验性 研发制造 设备 基本阶段； 工业 上已经应用 超声振动切削系统 ，现在 已 有了一些 标准 。 美国 拉斯加斯内 和 华内塔 大学对 材料微 清除 量精密超哈尔滨理工大学学士学位论文 加工 方法 进行了 探讨 2。 他们发现了 低 撞击 力会 使 陶瓷材料的结构 发生改变 和晶粒 错乱 ，而高 撞击 力会 是他的 中心 有了 裂纹和凹 的痕迹。 美国 卡莎撕州的 大学 研究出了 一种 计算方法 它是旋转超声加工陶瓷去除材料率的模式 ，确定了材料去除率和加工参数它们 的 关联 。 这 项 研究 对 陶瓷材料旋转超声加工技术的发展 起到了推动的作用 。巴西的研究人员对石英晶体的超声研磨技术进行了研究，发现石英晶体的材料去除率取决于晶体的晶向，研磨晶粒的尺寸影响材料去除率和表面粗糙度。 现在 最 好 的加工设备之一 是 德 玛基 的超声波加工设备， 进来研发生产 了适 合多种 工件尺寸和加工任务的高速切削技术 和 五轴联动高速超声加工中心包括： 密 型高速加工，其特 性 是紧 密 型 机构设计，轮廓精度 ， 表面质量 r. is dc as of a s to OF of a OF of m Is by dr. u q is 01 2) of OF u is to OF q. q it to it in a of OF be by OF of to be s by n a q - N 3). : s a q no : 3 of of a is as a s In to of an on s 哈尔滨理工大学学士学位论文 21 M K on q V D s Q to to is be to of a on a on is an in in is on it as of a is to on y y of to is In It is by a on x is up or to n to a to No of a to n as of is A is in 哈尔滨理工大学学士学位论文 : he is a to of a of OF of as a of of is as of a a 000 f a we of 3) 4). AD of n E b A of is n It to of s to a to be OF of as u. it is to us to of of to OF 9 OF 5 尔滨理工大学学士学位论文 录 B 注塑机的动态模拟 2016, 8(6):556要 ： 讨论了充分考虑相关的参数是一个集成的设计方法为各子系统优化的整体 系统，主要由光电 机械结构 成信息平台。基于的虚拟模型的参数驱动的方法，侧重于模式的转型的设计和分析的步骤之间的数据共享，所以并行仿的设计进行优化。作为应用实例，综合设计介绍了一种大型光学机械结构，包括光学设计，结构设计与分析，进一步验证了该方法的优点。由于分析了基于 程的设计，集成设计达到结构优化效率高。 关键词： 集成设计： 规模的结构：光学仪器 1. 介绍 产品整体不同技术的分析，例如，机械、液压、控制系统，模拟软件可持续发展和更多计算机硬 件操作变得越来越可行。结合特殊的软件程序包是可以和允许对所谓的机电一体化系统模拟的。如果在过去这些工具被应用与航空和汽车工业中，那么他们现在会找到更多应用工程技术的相同点。因此，被研究的是 塑机夹紧装置的动态特性。 限元（ 序， 维模拟软件， 体动力模拟软件和真设计控制工具都被用于这个目。结合这些不同的模拟工具并应用它们于合模机构，我们就能分析和理解机器的动态行为和不同子系统之间的联系。这就需要去提高性能，像减少磨损、循环时间或噪音，或者避免部 件早期的错误。 合模机构是一个开启与合上模具并能够在注塑和保压阶段有效的紧闭的机构。 模机构是一个二板式液压合模系统。主要由动模板，合模工作台，定模板和四个拉杆构成。模板锁定和合模压力是通过动模板整合的合模栓塞实现的。合模栓塞可以旋转 45 度去啮合拉杆螺纹为了保证动模板在注塑位置上。合模机构的主要功能是驱动液压油：液体压力被施加在合模栓塞上去产生需要的合模压力并且两个油缸被哈尔滨理工大学学士学位论文 于动模板的移动 1。 分析的焦点集中在两个方面：第一，压力作用在工作台之间的衬垫上和为了预见的基础并阻止 机器在运转中爬行。第二，为了减少总体循环时间的最优化的喷射控制信号。因此，模拟模型被限制移动模版的注射。 2. 模拟模型 机械，液压，控制系统被分别的在 能包括由链接 面使用和 C 程序在模型中引起的不标准的现象。 用这个特点在两个可能的程序上建立了一个 拟。另外， 理插件允许使用者用模拟链接 此，链接三个模拟工具和模拟整个机器是可能的。这里有两个可能估计：第一。各个整合它自己不平衡的部分并和 其他的部分交换参数。第二，三个模型被完全的整合并只有模拟求解整合不同的因素部分。 哈尔滨理工大学学士学位论文 1 模机构 此外，柔性的机械部件可以包括在 。我们用 生必要的 式，并在被纳入 前降低这些大型模型自由度。 减少自由度方法是基于引用 组件式合成技术 这是必要的 。 图 2 模型的联合仿真 哈尔滨理工大学学士学位论文 合模机构的刚性模型很简单 ,只分为两个部分 : 移动模板和固定模板和合模工作台还有拉杆（参见图 4）。合模工作台是固定在地面上装有线 性弹簧 本上，报表式是一个穿透深度 X 和渗透速率 X 与压力成正比的非线性弹簧 和 d 分别的是接触刚度和阻尼系数， e 是一个指数，由于数值原因应选择大于 1。如果没有渗透，那么就没有压力作用，否则就会有接触，正常应在接触点和作用力两部分之间计算。该报表还包括了一个库仑摩擦模型。从静态到动态的摩擦系数的变化，是基于相对速度的两个几何碰撞。最终，在两个模板之间定义了两个液压缸的压力和接触报表。为了有一个更准确的力学模型，同时，鉴于更为实际的分配作用在合模工作台上的力，他 的不同部分被列为柔性机构。这些柔性机构是来自在被输入之前减少了的 式。这种在 减少方法的实施是基于组件式频率合成器 ( 中的技术，即变形是被看作是线性组合模式形状。在 ，约束模式和固定边界的正常模式是用来生成组件矩阵模式 。这种方法被称为法。接下来，在 基本的原则和柔性体积分的步骤被展示：更详细的理论介绍可以在 2式中看到。一个 型的建立可以足够详细的正确表达出模型的重要性。操作者这时可以选择充当 约束的运 动和力被施加在这些边界节点上；其余的节点称为内部节点。由固定在边界节点上的自由度（ 和求解特征，我们得到固定边界常态模量 ，这个正常的设定模式通常是截断。约束模量 被定义为当其余边界节点自由度都受约束时，一个元件施加在一个边界节点的一个自由度的静态结构的变形。最后组成还原矩阵的模式被解释为常态设定模式 和约束设定模式 。实际位移坐标 u 和组成广义坐标 q 之间的关系是 01 在方程（ 2）中，普遍的大量的自由度 有少数混合现实和虚拟的自由度 q。然而， 使有时在多维仿真中难以直接利用它。这套约束模式包含 6个刚体自由度，必须取而代之在 们必须被移除，因此在求解方程中，结构模型的矩阵被转化。 哈尔滨理工大学学士学位论文 中 k和 基础模量上处理的结果是 ； 3）中被表现。 : 最后一步 ,是一个纯粹的数学方法 ,并没有 进一步减少自由度的数量。新的基础模量 就 没有了直接的物理意义了 ,而是针对上述的问题。 柔性体的运动模型 是与刚性体来自同一方程，即拉格朗日方程。为了计算动能和势能，柔性体上任意点的位置和速度是由广义坐标表示的。 x， y， z， ， ， ，为 局部参照系附加弹性体和描述六个刚体模式的坐标。最终形式的运动方程是 21 其中 为广义坐标， M 依赖于 的广义质量矩阵， K 只取决于 的广义刚度矩阵， D 阻尼 矩阵定义模态阻尼 ，因此 D 是对角线， 适用于柔性体运动学约束方程， 拉格朗日乘数， Q 广义应用的力。 另外，一个柔性体在 式下相当的直截了当。不过，也有一
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