外文翻译-回转超声波加工机械装置的分析

英 文 译 文 学 院 机械与动力工程学院 专业名称 机械制造及其自动化 年级班级 02 1 班 学生姓名 沈 鹏 指导教师 焦 锋 回 转超声波 加工 机 械装置 的分析 机械工程部，技术，太原 030024 ，山西的太原大学 , 国 摘要 在 本篇论文中 , 主要分析回转超声波加工机床刀具顶端磨粒的运动 加工时 要 考虑附加在加工刀具上的 冲击 力 和研磨运动接触 被 加工的 表面上 物质迁移速度 . 主要研究 在回 转的 裂缝 变化而导致工件 破坏 的力学理论 以便 建立 一个关于表面 物质迁移 变化的 一个数学的模型 从而为提供理论基础用于回转 转 机械 的分析 . 2002 学 版权所有 . 关键 字 : 超声波加工 ; 陶瓷 1. 介绍 超声波加工 (被认为是一个加工 坚硬和易碎 材料 极为有效的加工方法，比如的玻璃，工程陶瓷，半导体，金刚 石 , 合金等等。 然而 , 较低的极限表面 物质迁移率 严重限制了超声波加工的使用范围 . 回转 超声波 加工利用 超声波频率 可以同时地使 若干 刀具 以超过声速频率（ 20作 . 刀 具 一般是用金刚石或者在 外面镀金刚石研磨剂的合金制成的。 因此，研磨剂 粉末被掉落下来和冷却 剂用来 加工工作表面 . 相对普通超声波加工而言 ，回转超声波能 得到非常高的表面 物质迁移率 ， 更深的孔 和 更精密的工件 , 这使得它更有发展前途。结合计算机自动控制 技术 , 回 转 超声波加工 能用来 在坚硬材料 和易碎材料 上进行精密的仿形加工 一些 专家已经研究出了回转超声波加工 程序的模型 . 1考虑 将回 转 超声波 程序和钻石研磨程序 结合在一起 . 同事 们研究了压力断裂模型 .2及其他人 . 3 由 易碎的材料分析了裂缝的形成 . 型解释 了 超声波加工 程序的电动 机程序性质 4. 分析在 序在 生产的 过程中 产生的能量的变化 . 本篇论文中 , 在 计算机自动控制 系统下的回转超声波加工的机构是已知的 . 目的是通过回转超声波技术与 计算机自动控制 技术结合得到数学模型 ，计算出物质迁移率 。 2. 回转超声波加工中 研磨剂的分析 图 . 1 表示回转超声波加工机构 的 简图 . 刀具是用低碳钢制作的 , 刀具在支架 上被 一个 频率大约 20 传感器和一个 20 转的伺服电动机同 步 ， 静态载荷应用的工具 。 该装置 工件被 安装在机器凹槽内可以向两个方向进给并由 计算机自动控制 系统进行控制，刀具前 端 用有金属制的同 磨剂 . 图 . 2 表示 和 计算机自动控制 技术结合的 回转超声波 机器 加工 的 工件 (玻璃 ) 的相片 . 图 . 3 表示在工件表面上 每个研磨剂粒子的振动状态 . 在震动的开始 , 在静态的负荷下面的磨平粒子的压痕深度 就是 它振动中 上限 达成正弦曲线中最高的点 . 振动中 达到 最低的点 , 它压 入 工件 表面而且达成最大的压痕深度 就是这个产品达到的最大震动力 . 在磨粒和工件之间的接触过程中 , 由于工具的回转运动 使得在工件的表面上会产生 凹槽 . 图 4 表示 已被加工过的工件 表面的 电子显微镜 相片 . 从相片 中可以看出 , 微 冲击和磨粒 的研磨 产生 的凹槽能被 清楚的看 到 . 基于 以上研磨加工的 描述 ,回转超声波加工 被 认为是一种用于表面加工的加工方法，它综合了研磨压力加工和水磨加工的优点 1 冲击：随着刀具 的回转运动 , 在刀具中的磨粒 在不同的地方 利用冲击使的被加工的 表面 留下凹痕 . 2 磨 损 : 随着刀具的回转运动和工件 的 进给 运动 , 磨 粒 擦出微 小 凹槽 留在 被 加工的 表面上 . 3 超声波 涡轮 . 在冲击的 过程中 , 工件局部的断裂痕容易地在某中程度上发生在坚硬 的和易碎的 材料 , 比如工程陶瓷 . 回转超声波加工 的本质 是利用这些机理 取保清除 工件 的表面的材料 . 然而 , 弹性形变 和裂 纹的变化严重依 赖材料 的性质 (硬度 ， 塑性 , 弹力系数 ) ，物质表面 性质 (密度和裂缝的大小 ) 的 , 以及载 荷的形式 (研磨剂的 成分 , 工件加工的速度 ). 本论文中 ,分析裂缝形成和传播的前提就是所有的磨料颗粒有球面 . 3. 球 状研磨剂的震动机构 加工中的球状研磨剂中的磨粒冲击一个表面可以简化成一个作用于一个半径无限大的球体。所以，赫兹理论可以应用于分析工件的应力状态。图 . 5 表示磨 粒 和 工件 之间的 接触状态 . 假定磨 粒 是一个 刚体 , 接触 面积 因压 入而改变 . 接触面积 的半径能按照下列各式 被计算 : 0 232 PP a(1) 在 P 在磨粒上 的 压 应力 (N); E 经验 模数 ( v 表示速度的大小 ; R 磨粒 的半径 (m). 在 接触面积上 压力分布 为 : 220 (2) r 是对 接触 区域 到 中心的距离 (m). 因此 0 232 PP a(3) 根据弹性力学 , 在 接触区域中的压 应力是依下列各 式计算 : 0123t v p (4) 对于 脆性 材料 , u 作用在材料表面上应力的变化率 . 图 . 6 表示 在一个加工周期 裂缝形成和生长 消失的过程 : (a) 当磨 粒作用工件上产生效果 的时候 , 在接触区域增加压 应力 可以观察到 微裂缝的产生 . (b) 当压应力不断增大达到一个临界值时 , 在 接触区域周 围的裂缝开始 向接触区域的周围延伸 而且 向 特定的深度表面之下发展 . (c) 压痕区域因负荷的增加而改变 , 接触 面积的改变， 单条裂纹稳定有向的向着 工件内部周围发展 (d)当压 应力增加到裂缝的 临界值时 , 圆形的裂缝突然变成一个锥形裂缝 . (e) 随着载荷的进一步的 增加，裂缝 将 继续生长 ,当 接触面积 变成被锥形裂缝包围的时候 . (f) 在 卸载 压应力的 过程中 ，锥形裂缝 继续扩大 , 继续它 们的延长的一些裂缝 表面的凹槽形成循环 依照 上述理论 分析 , 表面物质迁移率是建议计算的 . 基于 赫兹等人理论，导出极限 . 1 冲击粒震动最大理论值为 : 1 320 29 ( ) 1()16 2P (5) P 为工件和刀具 接触极限接触力功率输出 ; n 在刀具加工表面磨粒 的有效数字 ; d 磨粒的直径 (m); E 工件材料的模数 ( v 压应力的比值 ; 最大值挤入深度 (m). 极限接触力功率可以表示为： 0 F 静态的负荷 (N) ； ;冲击力 (N). 从 拉应力，压应 力和 冲击力 的关系 , 图 . 6. 加工中的裂缝导致刀具变形 . 对刀具顶端的破坏带来的的冲击力 121 2 2 1 E L E (7) 在 S 是工件加工 的区域的 面积 ; 具的长度 (m); 具材料 (的 模数 ; 具的长度 (m); 合 材料的 模数 ( 在 回转超声波加工中的对工件 的比 例进给 在 计算机自动控制 系统 计算 之下 , 在工件表面上的磨粒子 的长度是依下列各项 计算 : 112 3 0 （ 8） f 是超声波振动的频率（ 20， 件轴和磨粒之间的距离， n 工件的长度 ， 各磨粒的移动量取作 11130160fr n （ 9） 得 21 23 (10) 在每个震动周期 移动的总体积是 : 0 231 1 10 1 0 02 1 2 9 0fR v nr n V n cV d r R f d d f (11) 刀具表面 的半径 (m). 因此 ,物质的表面