小型超声波钻床设计毕业设计

1、南京理 工大学毕业设计说明书（论文）作者：学号：教学点：苏州市职业大学专业：机电一体化题目:小型超声波钻床设计南京理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名：王昌健班级、学号： 05490822 1 01 5题目:小型超声波钻床设计综合成绩:指导者评语：该生很好地完成了毕业设计任务书规定的工作，介绍了超声波的 工作原理、河特点。重点分析超声波钻床的机械结构特点，对超声波 钻床的变幅杆、换能器、床身结构尺寸进行分析研究，确定了超声波 钻床的设计方案，绘制了超声波钻床主要部件的零件图和装配图。并 通过试验验证了超声波钻床的加工特性和存在的设计缺陷。毕业设计说明书、开题报告等文本内容写作规范，图纸表达基本

2、 符合工程图纸要求，整体来说符合毕业设计相关要求。该生毕业设计整体来说完成的比较出色， 但也有某些不足的地方， 如在工程图纸表达上还存在尺寸标注不全、公差不合理等情况，这主 要是因为平时缺乏相关工程项目开发的经验。鉴于以上情况和该生毕业设计过程中良好表现， 成绩评定为 82 分。允许提交答辩。指导者（签字）:年 月日毕业设计（论文）评语评阅者评语：对超声波加工的工作原理掌握透彻、超声波钻床的机械结构设计 方案合理、结构尺寸分析计算准确，论文说明书、开题报告等文本内 容写作规范，图纸表达基本符合工程图纸要求，整体来说符合毕业设 计相关要求。评阅者（签字）：年 月 日 答辩委员会（小组）评语：能准

3、确介绍超声波加工的工作原理，对超声波钻床机械结构设计 方案的介绍思路清晰，对超声波钻床的机械结构设计与强度分析计算 原理运用准确，设计效果良好。对答辩组提出的问题回答准确，达到 毕业设计要求。答辩委员会（小组）负责人（签字）:年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料 的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿 一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工 方法。几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研

4、究和应用， 尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。论文着重介绍了超声波加工系统基本组成和超声波加工的特点，如发生器、 换能器、变幅杆和超声磨料加工等，并通过超声波加工中典型加工方式超声波钻进行了实验、研究和分析，最终得出超声波加工的特点，对超声波加工的独 特优点进行了很好论证。本文在上述目的基础上根据超声波钻的特点， 构思并设 计出超声钻床的钻台。本设计方案主要满足了结构简单、运动平稳、操作方便、 能实现多个方向动作等要求，很好的满足了超声钻加工的进给与装夹。展望未来，超声加工技术的发展前景是美好的。随着传统加工技术和高新技 术的发展，超声波振切削加工技术应用日益

5、广泛。人们越多把超声波加工与其他 加工方式相结合，逐渐形成了多样的加工方法。超声波加工技术在现代工业、国 防和高新技术等领域得到广泛应用。关键词超声加工发生器 换能器 变幅杆5TitleUltras onic Machi ning Tech no logy Status and Developme ntTrendAbstractUltrasonic machining tool is the use of ultrasonic vibration in a liquid abrasive or dry abrasive media produced in the impact of abras

6、ive, polishi ng, and the result ing hydraulic impact of cavitati on effects to remove the materials, or to the tool or the workpiece along a certa in direct ionapplied process ing of ultras onicvibratio nto vibrati on, or theuse of ultras onic vibratio n to the workpiece comb in ati on of process in

7、g methods.For decades, the rapid developme nt of tech no logy, ultras onic mach ining, the ultrasonic vibration system, deep hole processing, wire drawing die and cavity mold polishing, ultrasonic complex processing areas have a wider range of research and application,especially in areas of difficul

8、tmaterials many of the key tech no logy tosolve problems, and achieved goodresults.Paper focuses on the basic components of ultrasonicmachining andultrasonicmachining system characteristics, such as the generator,transducer,horn and ultrasonicabrasive machining, etc., and the typicalultrasonic machi

9、ning process by way of - ultrasonic drilling experiments were carried out research and an alysis, and fin allyobta ined thecharacteristics of ultrasonicmachining,ultrasonicmachining of theunique merits of a good argume nt. The purpose of this paper, based on the basis of the characteristics of ultra

10、sonicdrilling,conceived anddesigned ultrasonic drilling rig. Mainly to meet the design simple, smooth moti on, easy operati on, can achieve more tha n the direct ion of moveme nt, etc., well positioned to meet the progress of the ultrasonic drilling process to give clamp ing.Look ing ahead, prospect

11、s for ultras onic mach ining tech no logy is good. With the traditi onalprocess ingtech niq uesand high-techdevelopme nt,ultras onic vibrati on cutti ng tech no logy is used widely. The more people the ultrasonicmachining combined with other processing methods, andgradually formed a variety of proce

12、ss ing methods. Ultras onic machi ning tech no logy in the moder n in dustrial, defe nse and high-tech areas such as widely usedKey words Ultras onic mach ining Gen erator Tran sducer Horn7本科毕业设计说明书（论文）第o页共4 6页目次1 绪论 1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2超声波加工原理与系统组成简介 5聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2.1超声波加工原理 5残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。2.2超声波加工系统组成 6酽锕极額閉镇

13、桧猪訣锥。3 小型超声波钻床设计 14彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。3.1 超声波发生器的选用 14謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。3.2 超声波换能器的设计 14 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。3.3 变幅杆设计 15茕桢广鳓鯡选块网羈泪。3.4 钻床的机架设计 16鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。4 超声波钻实验论证 28籟丛妈羥为贍债蛏练淨。4.1 磨料冲击超声波加工介绍 28預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。4.2磨料冲击超声加工实验 30渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。纟吉论 36铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。致谢 37擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。参考文献 38贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。本科毕业设计说明书（论文）第 1页共 4 6页1 绪论超声波加工技术是高

14、新加工技术之一，也是当今世界各国一个热门的话题。对于超声 波技术的探究的人越来越多，更多的超声加工技术被应用于各种生产加工，已经涉及到许 多领域，在各行各业发挥了突出的作用。 坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。超声深孔加工的发展史众所周知，在相同的要求及加工条件下，加工孔比加工轴要复杂得多。一般来说，孔 加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和 加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。例如，切削液很难进 入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其 结果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具寿命短。采用超声加

15、工则可有效解 决上述问题。前苏联在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。在美国，利用工具旋转 同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。日本已经制成新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机，功率450 W，工作频率20 kHz，可在玻璃上加工孔径1.6 mm、深150 mm 的深小孔，其圆度可达0.005 mm,圆柱度为0.02 mm。英国申请了电火花超声复合穿孔的 专利，该装置主要用于加工在导电基上有非导电层的零件，如在金属基上涂有压电陶瓷层 的零件。整个加工过程分两个阶段进行：首先用超声振动将非导电层去除掉，当传感器感 知金属层出现时，即改用电加工或电火花与超声复合的方法进行加工

16、。该装置有效地解决 了具有导电层和非导电层零件孔的加工问题。1996年，日本东京大学在超声加工机床上，利用电火花线切割加工工艺在线加工出微细工具，并成功地利用超声加工技术在石英玻璃上加工出直径为 15卩谥勺微孔。1998年又成功地加工出直径为 5ym的微孔。湘潭大学进行了内圆表面的超声光整强化研究。该方 法是在钻孔后对孔进行精加工处理，通过机械 一一超声强化处理，在普通机床上达到精铰、 研磨的精度，可实现机械化。初步实验结果表明，该方法加工效果显著，表面粗糙度值可 大大降低，内圆表面形成有益的残余压应力，有较高的显微硬度，提高了工件的耐用度， 同时内圆表面呈网状纹络，特别适合像轴瓦等表面贮油工

17、件的精加工，并可大大降低生产 成本。哈尔滨工业大学研究了 Ti合金深小孔的超声电火花复合加工。该工艺将超声振动引入到精密电火花加工中，通过研究超声振动对电火花精加工过程的影响，开发出了一种将超声和电火花结合在一起的新型 4轴电火花加工装置。实验研究表明，应用该装置可以在Ti合金上加工出 0.2 mm且深径比) LC并联谐振回路2压控震荡器图2-3超声波震荡器的几种类型(2)超声波放大器超声波放大器的作用是将震荡信号放大至所需电平。放大部分可以是单级的，也可以 是多级的，主要看输出功率的需要。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。桥式功率放大器桥式功率放大器可分成半桥式功率放大器和全桥式功率放大器两种形式。其工

18、作原理 图如下图2-4、图2-5所示。鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統庫。7图2-4半桥式功率放大器图2-5全桥式功率放大器匹配电路超声波发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路部分。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外， 还有一项很重要的内容一一调谐，即选用一定值的电抗元件，使之在工作频率上与负载中 的电抗成分谐振。只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配， 换能器才能正常地工作。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。2.2.2超声波换能器超声换能器是超声振动系统的核心部件。超声加工处理设备利用超声换能器的作用将 超声波发生器产生的超声频

19、电能转换成超声振动的机械能，并通过变幅杆进行振幅放大和 聚能后再传输到工具头，进而实现对工件的超声加工处理。目前，广泛采用的超声换能器 主要有磁致伸缩换能器和压电换能器两大类。 阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。(1) 磁致伸缩换能器磁致伸缩换能器的工作原理磁致伸缩换能器是由磁致伸缩材料制作的铁芯外面缠绕而成，如图2-6所示。当线圈中通以一定直流电流Io产生最佳偏磁场Ho后，再通过以交变电流I使其产生交变磁场H, 使日重叠于Ho之上，由此铁芯中的磁场将在 Ho水平上变化。在交变磁场HM作用下，由 于材料的磁致伸缩效应，换能器两端面产生与交流电频率相同的交变伸缩，当交变电流的 频率与换能器的共振频率一致时，

20、换能器端部振动最强烈，由此从换能器两端面向介质辐 射出超声波 氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。图2-6磁致伸缩换能器磁致伸缩换能器的结构和特点A、窗式换能器窗式换能器是由薄片磁致伸缩金属材料，经冲孔成型，氧化绝缘、叠集成块、退火等工艺制成。由于它是由许多薄片集成而成，叠片上有孔，所以被称为窗式换能器。其结构本科毕业设计说明书（论文）第 11页共 4 6页（0）单窗式形式如图2-7所示 。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。（b）双窗式（c）三窗式图2-7窗式磁致伸缩换能器这种换能器的特点是从两端面辐射超声波。通常采用的叠片厚度为0.10.3mmo因为金属材料的电阻率低，因此片与片之间需要氧化绝缘，以减少涡流损耗。叠片

21、上有孔，在叠 片中形成闭合磁回路，漏磁少，并有利于散热。随选用的叠片多少，可以获得不同的辐射 面积。通常，辐射面的形状采用正方形。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。B环形换能器环形磁致伸缩换能器也是由薄片磁致伸缩金属材料，经冲孔成型、氧化绝缘、叠集成块、退火等工艺制成其结构形式如图2-8所示。谚辞調担鈧谄动禪泻類。内侧面辐肘图2-8环形磁致伸缩换能器这种类型换能器的特点是：当线圈中同时通过偏磁电流和交变流后，圆环受到磁致伸缩应力的作用，沿圆周产生长度伸缩的变化，因而产生径向振动，可以自圆环内侧面（图2-8 a ） 或外侧面（图2-8 b ）向周围介质辐射超声波。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。压电换能器压电换能器的

22、工作原理压电换能器是利用压电材料在电场作用下产生形变的特性，即压电晶体的逆压电效应 而制成的，如图2-9所示，将压电材料做成片状，上下两面涂上银层作为电极，并进行极 化处理，在该压电片两极间加上电场。有两种情况出现：熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。a. 外电场与压电片极化方向相同。外加电场起到了使压电片的极化强度增大的作用。极化强度的增大，使压电片沿极化方向产生伸长的形变。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。b. 外加电场与极化方向相反。反向电场将削弱压电片的极化强度，使得压电片沿极化方向 产生缩短的形变。O_Q_Q的Q极化方向卜卜加电场qeoqqeQQ图2-9压电换能器的工作原理利用这两种现象，将外加电场换为交变电

23、场时，压电片就会产生与交变电场同频率的 交变形变，从而使压电片两面向外辐射声波。当外加电场频率与压电片固有频率相同产生 谐振时，压电片振动最大，声辐射也最强烈。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。压电换能器的结构形式超声加工处理设备中常用的压电换能器结构形式有：薄长片形换能器、圆环形换能器、 薄圆片形换能器和夹心式换能器。其结构图形如下图2-10所示。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。13本科毕业设计说明书（论文）第1 3页共46页（）蒲底片型换能器心蒲园片换能審先心换能器图2-10压电换能器的结构2.2.3超声变幅杆超声变幅杆，又称超声变速杆、超声聚能器，其外形通常为变截面杆，是超声加工处 理设备中超声振动系统的重

24、要组成部分之一。在超声振动系统工作过程中，由超声换能器 辐射面所产生的振动幅度较小，所以必须借助变幅杆的作用将机械振动质点的位移量和运 动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，产生聚能作用。超声变幅杆还可以 作为机械阻抗变换器，在换能器和负载之间架起桥梁，进行阻抗匹配，使超声能量更有效 地从换能器向负载传输。此外在超声加工处理设备的结构工艺上，通常在变幅杆或半波长 等截面杆的波节平面处加带一个法兰盘，利用法兰盘将超声振动系统固装在超声设备上。 在向高温介质或腐蚀介质幅辐射超声能量时，还可以借助于变幅杆把换能器与恶劣环境隔 离开，使换能器避免被腐蚀，减少受到热的影响。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻

25、。变幅杆可分为纵向振动变幅杆、弯曲振动变幅杆。其中纵向振动变幅杆可分为简单形、 复合形。简单形又可分为指数形、圆锥形、悬链形、阶梯形。而复合形是由各种简单形变 幅杆根据实际需要组合而成的。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。（1）单一变幅杆超声变幅杆的性能主要是由变幅杆的共振长度 L,放大系数Mp形状因数书，位移节点 xo,输入力阻抗Zi和弯曲劲度参数加以描述。其中 Mp是指变幅杆工作在共振频率时，输 出端与输入端的质点位移或速度的比值；形状因数书是衡量变幅杆所能达到最大振动速度的指标之一，它仅与变幅杆的几何形状有关，值越大，通过变幅杆所能达到最大振动速度 也越大。输入阻抗Zi定义为输入端策动力与质点振动

26、速度的复数。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。在实际应用中常常要求输入力阻抗随频率及负荷的变化而变化的幅度要小，弯曲劲度是弯 曲柔顺性的倒数，弯曲劲度也与变幅杆的几何形状有关。变幅杆越长，弯曲柔顺性越大， 在许多实际应用中这是需要避免的。单一变截面杆如图2-11所示。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。（2）复合变幅杆在高强度超声应用中，常常要求变幅杆末端具有很大的振动幅度，这就要求变幅杆的 形状因数书及放大系数Mp值都尽可能的大，单一变幅杆的 书值和Mp值常出现此优彼劣的 现象，很难二者兼顾。为了改变这一状况，就必须采用复合变幅杆的形式来弥补不足以提 高其输出性能。在有些应用场合需要特别高的振动速度时，也常用到长度

27、满足共振条件的 复合形变幅杆。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。图2-12为三段复合变幅杆。其中I和川段为等截面杆，U段为变截面杆，而变截面 杆可以是指数形、圆锥形或悬链线形等不同形式。如果两等截面杆的长度相等，则构成具 有变截面过渡段的阶梯形变幅杆。当I或川的任一段为零，则可构成两段复合变幅度杆。裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。Sx图2-12三段复合变幅杆3小型超声波钻床设计根据以上叙述的超声波加工原理，可以设计出一台简单的超声波钻床，并且通过与普 通钻床其性能进行对比，探讨总结出超声波钻床的工性能。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。一般超声波钻床由超声波发生器、换能器、变幅杆和辅助机构等组成。要设计超声钻床， 也就从这几个

28、方面入手，详细的设计步骤见下面。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。3.1 超声波发生器的选用由于超声波发生器内部电路等结构较复杂，由于知识有限这里进行适当选用即可。3.2 超声波换能器的设计由于压电式换能器较易实现，这里设计选择压电陶瓷型换能器。压电换能器有以下几个部分组成，如下图 3-1所示：后盖板压电陶瓷电极片 前盖板螺柱19图3-1超声波换能器结构示意图45钢如图，超声波换能器将接受到的超声波信号由压电陶瓷的“逆压电效应”转换成机械 的振动。其组成部件十分简单，除压电陶瓷、电极需要买卖外，其余部件可通过车削 的方式得到。实物如下图3-2所示： 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。图3-2超声波换能器3.3变幅杆设

29、计3.3.1设计注意事项（1）变幅杆的材料一般选用材质均匀、材料疲劳强度高、易加工的结构钢，一般性的选用45优质碳素结构钢；（2） 大圆锥体端部与超声换能器配合，度表面的粗糙度有较高的要求，一般性的选Ra1.6（3）变幅杆的小端圆柱半径R2大小直接影响放大倍数，故 R2不易取太大；（4）变幅杆的联接采用细牙螺纹，以免振动过程中松脱。3.3.2结构参数根据变幅杆的基本知识及实际的应用。变幅杆的形式为圆锥平滑阶梯复合型效果最好，其结构图如下图3-3所示。一般取L仁入/4，使界面位置位于圆锥体与圆柱体的交界处，这一位置的振幅最小。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。图3-3变幅杆结构图对于圆锥平滑弹性体:频率方程

30、如下：1 R1 R2tan kl3 二 cotkl2 .kl2 R2振幅放大系数为:一 R1 sin kl2M.R2 cos kl 3由上式可知：放大系数与R1、R2、L1、L2有关，L3又由L2确定的，因此，只要知道R1、R2、L2,那么整个变幅杆的尺寸就可以确定。R1与换能器的尺寸一致，对于一个特定的换能器一个固定的值。R2是变幅杆端部的尺寸，视所需的振动幅度而定，往往是变化的；圆锥体部分的L2不宜设计过大否则振幅放大系数太小，一般的取kl2 = n / 4鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。换能器的振动频率f=20kh ，R仁22mm ,R2=5mm 弹性材料的选择弹性材料选用45钢，该材料的疲劳强度

31、高，而且易加工。加工后调质处理。介质弹性模量:E=2.08x1011 N/ m2，p =7.9kg /cm3。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 申博在变幅杆中传播的速度及波长辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。速度 V=(E/ p )1/2= (2.08x10 11/790) 1/2=5.13X103(m/s)波长 入=v/f= 5.13X10 3/20000=256.5 (mr)i 尾柱长度及圆柱体部分的长度尾柱长度 L1 L1= 入 /4= 256.5/4=64.1mm 取整 L仁64 ( mrj) 圆柱体部分的长度 L2 L2=二/4K=X 5130=32.06(mm42 兀 X20X10

32、00取整 L2=32 (mm 小截面部分长度1 r 1 _ R27T422因为 tankl3=cotkl2 .=cot +x( 一 1 ) =5.331kl2 R24兀5则 kl3=1.385所以 L3=1.385x 竺6=35.52 ( mrj)取整 L3= 35(mm)20000 振幅放大系数振幅放大系数M M= 沁兰=丝戲H =20R2 coskl3 5 cos1.385即根据设计参数加工出如图示的变幅杆。3.4钻床的机架设计超声波钻床机架的设计包括了床身、工作台、进给机构、压紧机构等，其功能应考虑 能上下、左右、前后的进给运动，并且能有效的压紧工件，同时也应考虑其加工的方便等。本科毕业

33、设计说明书（论文）第 21页共 4 6页詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。3.4.1钻床床身设计床身包括了底盘与支撑，下面是其床身设计步骤： 构思并绘制床身结构草图 初定设计结构参数及尺寸在初定床身参数尺寸前，首先应考虑其标准件的选择，再去制定其余的尺寸。在构思床身中发现其运用到标准件有轴承，所以我们应先选择适当的轴承。因深沟球轴承运用广泛，运动良好，这里我选用此轴承，参考机械设计手册，示意图如下：3-4则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。图3-4图3-6支承杆17根据d=20mm可查得D取42mm,B=12m据此初设计出其余结构参数图样，示意图如下:本科毕业设计说明书（论文）第 1 9页共 4 6页 在草稿上进行简单

34、的强度校核校核通过，确定床身的最终结构尺寸。 材料的选择考虑其加工性良好，这里底盘与支撑都选择 45钢。 选择加工方式及热处理由设计图知底盘可用加工中心铣削的方法得到，而支撑杆可以通过数控车削的方式得 至叽因支撑杆有起滑轨的作用，所以加工表面要求高，并需要进行淬火处理，以防磨损。 鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 绘制加工零件图 床身设计组合图简要说明钻床床身设计组合示意图如下 3-7所示，底盘上开有两轴承孔，作用是支承丝杠以便 转动，做成台阶形式是为装轴承后保持其强度，另外减少材料；支撑杆上尾部带有螺纹与 底盘螺纹孔配合，固定效果良好，杆上部分做成台阶是以便后面设计摆杆，螺纹孔将再后 续设计一锁紧螺钉，

35、以便摆杆的定位。综合上设计两件，加工方便，简单美观，实现效果 良好。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。图3-7组合示意3.4.2摆动伸缩杆的设计设计摆杆伸缩杆是为方便钻床左右的摆动，与前后的伸缩，在工件装夹后可以方便钻 与工件的对位。 构思并绘制摆杆结构草图 初定设计结构参数及尺寸此设计需根据常用紧固螺母，设计轴的径向尺寸大小，其余根据实际形体比例设计其 尺寸。结构示意图如下：图3-8 摆动伸缩杆设计示意 在草稿上进行简单的强度校核校核通过，确定床身的最终结构尺寸。 材料的选择考虑其加工性良好，这里底盘与支撑都选择 45钢。 选择加工方式及热处理此零件可通过数控车削的方式得到， 但套管的内壁与推杆的表面接

36、触部分要求比较高， 加工后需表面淬火处理，以防磨损。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 绘制加工零件图摆动杆包括了套管与推杆两部分，加工零件图需分开绘制。 摆动伸缩杆设计组合图简要说明摆动摆动伸缩杆与床身的组合图如下，摆动伸缩杆其优点方便了前后的自由伸缩，左右 的自由摆动，且可以有效锁紧，个自由度可有效实现，同时它的加工方式简单方便。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。23本科毕业设计说明书（论文）第 2 1页共 4 6页图3-9 组合示意343传动丝杠及工作台设计因所设计钻床为小型化的，传动机构的设计应追求简单化、轻型化与可靠化，这里传 动方式我选择了螺旋传动的方式，设计步骤如下：沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 构思并绘制摆

37、杆结构草图 初定设计结构参数及尺寸这里无标准件，只是在设计丝杠是螺纹选择常见的M2Q以方便加工。其余设计时注意足够的强度即可。 在草稿上进行简单的强度校核校核通过，确定传动丝杠及工作台最终结构尺寸。 材料的选择考虑其加工性良好，这里传动丝杠及工作台都选择 45钢。 选择加工方式及热处理工作台可通过数控加工中心铣削或线切割的方式得到，丝杠可通过数控车削的方式得 到。最后对导向孔进行淬火处理以增加其强度，以防磨损。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。 绘制加工零件图传动丝杠与工作台各一张。 摆动伸缩杆设计组合图简要说明设计组合图如下，丝杆可带动工作台上下移动，运动实行方式。另外丝杠与工作台的 加工都十分简单，丝

38、杠还加装了转盘，工作台上开有排屑孔。丝杠与床身用滚动轴承联接, 转动效果好，不易磨损。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。25本科毕业设计说明书（论文）第 2 3页共 46页图3-11组合示意3.4.4工件夹紧机构设计夹紧机构的设计，要追求夹紧方便、可靠，另外加工实现方便。其设计步骤如下： 构思并绘制工件夹紧机构草图 初定设计结构参数及尺寸参考已设计好的工作台大小，设定工件夹紧机构的尺寸参数，压紧方式选择螺纹压紧。采用一端固定，一端移动的形式。 謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。螺母爪紧图3-11工件夹紧装置示意 在草稿上进行简单的强度校核校核通过，确定工件夹紧装置 最终结构尺寸。 材料的选择考虑其加工性良好与夹紧装置

39、的质的轻巧，这里 工件夹紧机构 选择铝合金。 选择加工方式及热处理工件夹紧机构可用数控加工中心铳削得到，加工好后进行淬火处理增加其耐磨性。 绘制加工零件图 工件夹紧机构设计组合图 简要说明如下是加装工件夹紧机构设计组合图，工件可得到有效的夹紧，夹紧方便，架构轻巧 可夹紧一定宽度和厚度的工件。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。图3-12组合示意3.4.5超声钻固定套的设计超声钻固定套用于固定超声钻，并与导杆相连接，设计简单、可靠、轻巧即可 构思并绘制超声钻固定套草图 初定设计结构参数及尺寸根据前面设计好的超声钻的结构参数，设计此结构尺寸。图3-13超声钻固定套示意 在草稿上进行简单的强度校核校核通过，确定超

40、声钻固定套最终结构尺寸。 材料的选择考虑其加工性良好与质的轻巧，这里选择铝合金。 选择加工方式及热处理超声钻固定套可用数控车车削得到，加工好后无须热处理。 绘制加工零件图 超声钻固定套设计组合图简要说明超声钻固定套与摆动伸缩杆采用螺纹连接，中间掏空可将超声钻放入其中，并用螺纹 固定好。图3-14组合示意3.4.6超声钻床组装图说明超声钻床组装示意图如下，分别由底盘、支承杆、摆动伸缩杆、挡圈、传动丝杠、轴承、工作台、工件夹紧装置、超声钻（换能器、变幅杆等）、超声钻固定套、手动转盘、止 动手把等组成。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。29本科毕业设计说明书（论文）第 2 8页共 46页工作台挡圈摆訓申缩杆支承

41、杆倩动丝杠来紧哽苴B-B手动转盘图3-15超声钻床结构示意 绘制超声钻床装配图 工作原理说明A、工件装夹：将工件置于夹紧装置移动块与固定块之间，通过推动移动块以及拧动上下运 动的螺母使其夹紧。B运动方式：此钻床工作台可实现上下的移动，钻臂可实现左右的摆动，方便与工件的定 位。334超声波钻实验论证超声波钻的加工原理实际上就是利用超声振动加磨料，从而去除多余材料的一种简单 的加工方法。下面我们在进行实验之前就先讲下，磨料冲击加工的的基本原理。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。4.1磨料冲击超声波加工介绍磨料冲击超声加工是一种应用非常广泛的超声加工方式，它是磨粒在超声振动作用下 的机械撞击、抛磨作用与超声空化

42、作用的综合结果。由于磨料冲击超声加工是基于磨粒冲 击的作用，因此越是硬脆的材料遭受的破坏越大，加工效果也越明显。相反，硬度和脆性 不是很大的韧性材料，因其具有缓冲作用而难于进行磨料冲击超声加工，因此在选择工具 材料时，既要考虑能撞击磨粒，又能保证工具自身不受到很大破坏，在超声加工中常用45钢作为工具材料，以减少工具的相对损耗，并且价格低廉。磨料冲击超声加工示意图如图 4-1所示。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。-o-O图4-1磨料冲击超声加工示意图来衡量4.1.1影响磨料冲击超声加工的效率、精度和表面质量因素磨料冲击超声加工的效率一般用单位时间去除工件材料的质量或体积来衡量。在实际 加工中，常用单位时

43、间内工具头的进给量来表示相对加工速度，该方法比较直观、方便。 影响磨料冲击超声加工效率的因素较多，主要的有以下几种。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。传递到工具头的超声频率和振幅对加工效率的影响本科毕业设计说明书（论文）第 3 1页共 4 6页当频率一定时增加振幅，或当振幅一定时增加频率都可以提高加工速度，但过大的振幅和过高的超声频率都会使工具或变幅杆承受很大的内应力，如果超过其疲劳强度时，使 用寿命将会大大降低，甚至遭到破坏。因此磨料冲击超声加工的频率应用范围是2040Hz位移振幅一般在10100卩m范围。灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。工件压力对加工效率的影响超声加工时，工具不是刚性进给的，而是通过弹簧、磁斥力或重锤压力来实现进给的。工件材料的性质及磨料悬浮工作液对加工效率的影响被加工材料越脆，则承受冲击载荷的能力越低，也就越容易被去除，相反，如果是韧 性好的材料则不易被加工。如下表4-a列出了几种不同性质的材料的相对加工速度