不锈钢超声波振动车削装置设计及仿真分析

1、学校代号： 学 号： 密 级：公开湖南大学工程硕士学位论文不锈钢超声波振动车削装置设计及仿真分析堂僮虫遣厶丝刍；昱！巫丝刍壁亟叠！ 塞 至 金剑武麴攮！盛矗豆 量 羞 篁 僮！ 扭撼皇运夔工猩堂盟一 童 些 刍 叠！ 扭越剑造丛墓自动丝一 迨塞握童旦塑 生堕一 迨窒簦鲎旦塑 生旦三且一 簦趱委虽盒圭应； 艺韶龌麴盏一 （ ） ， 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

2、意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 簪骞 日期：加 年 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 、保密口，在 年解密后适用本授权书。 、不保密囱。 （请在以上相应方框内打“”） 日期：沥年 万月 日 神 辱砖 心一 日期：南饵 力月 日 毒搴。 不锈钢超声波振动车削装置设计及仿真分析 摘要 不锈钢具有强度刚度高、

3、耐蚀性强、耐磨性好、适应温度范围宽等优良性能，因此在航空航天、石油化工、冶金和食品等行业得到了广泛地应用。但是，不锈钢属于难加工材料范畴，如何提高表面质量是不锈钢加工行业面临的一大技术难题，已经成为制约不锈钢材料广泛应用的重要因素。 采用普通切削加工技术，由于其切削特性的制约，难达到较好的表面加工质量。超声波振动车削是在刀具上施加具有一定频率振幅的超声波振动，使刀具在切削过程中与工件周期性的接触和分离，由于超声波振动车削的分离特性，切削力有明显下降，刀具的寿命有明显的提高，加工工件的表面质量有所提高。 本文对超声波振动车削的切削机理及刀具受力进行分析，设计了针对不锈钢加工的超声波振动车削系统，

4、并对此系统的振动部件进行有限元模态仿真分析，通过仿真分析对振动部件进行修以达到预期的效果。主要研究内容如下： 、文献综述，了解国内外超声波振动车削技术的现状；研究超声波振动车削原理，分析切削区域的受力情况。 、针对不锈钢加工，设计超声波振动系统，重点设计了变幅杆以满足不锈钢振动车削的纵向振动要求。 、利用软件提供的有限元法对变幅杆进行模态分析及谐响应分析，对变幅杆进行修，确定变幅杆设计的合理性。 、针对不锈钢零件的精密加工，设计完整的超声波振动车削装置。关键词：不锈钢；超声波；振动车削；变幅杆；有限元分析 程硕“学位论文 ， ， ， ， 行 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： 、 ， 、

5、、 ， ， 、 ， ： ； ； 程硕学位论文 目录学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书摘要插图索引附表索引第章绪论 本课题研究背景 文献综述 不锈钢性能及加工现状 超声波振动车削技术发展概述 超声波振动车削技术发展趋势 超声波振动车削特点 本课题研究内容及目标 研究内容 论文章节 本课题研究意义 本章小结第章超声波振动车削技术 超声波简介 超声波振动车削原理 超声波振动车削基本原理 超声波振动车削分类 切削刃的运动机理 临界切削速度”及切削现象的速度特性 超声波振动车削受力分析 振动切削过程中振动的作用 振动切削的特点 振动切削的应用领域 本章小结 第章不锈钢超声波振动车削系统设计 不锈钢

6、超声波振动车削装置设计及仿真分析 不锈钢超声波振动车削方案设计 超声波振动参数选择 结构设计 振动驱动形式 换能器 超声波发生器选择 变幅杆设计 变幅杆简介 纵向振动变幅杆 圆锥型变幅杆设计 阶梯型变幅杆设计 两种变幅杆比较 本章小结第章变幅杆结构仿真分析及优化 分析软件简介 有限元法介绍及实现步骤 变幅杆动力学分析基础及方法 圆锥变幅杆仿真分析及优化 模态分析 谐响应分析 理论计算值与优化结果比较 阶梯型变幅杆仿真分析及优化一 模态分析 谐响应分析 理论计算值与优化结果比较 变幅杆选择 本章小结第章超声波振动车削刀架微调装置的设计 刀架总体设计 设计要求 具体设计 刀架各部件说明 三维装配图

7、 固定及角度调节部分 与振动系统连接部分 程颂：学位论文 刀架调节原理 安装与调整注意事项 精度要求 刀架精度 变幅杆精度 本章小结一第章结论与展望 结论 展望参考文献致谢 不锈钢超声波振动车削装置设计及仿真分析 插图索引 不锈钢镜面效果一 一型超声波振动切削系统 超声波振动车削系统的工作原理示意图 振动方向示意图 振动切削时切削刃运动机理【 ，算法图解 振动切削刀具受力图 超声波振动车削装置组成 超声波电源专用发生器 变截面纵向振动 圆锥型变幅杆轴向位移分布图 圆锥型变幅杆轴向应变分布图 圆锥型变幅杆结构示意图 阶梯型变幅杆轴向位移分布图 阶梯型变幅杆轴向应变分布图 阶梯型变幅杆结构示意图 圆锥型变幅杆有限元模型 分析结果列表（圆锥型） 圆锥型变幅杆各阶振型总变形图 频率为 时轴向变形图 频率为 时总变形图 频率在 时的应力云图 输入为埘时轴向位移