旋转超声加工智能超声波发生器的研究

1旋转超声加工技术简介随着科学技术的发展，硬质合金、钛合金、耐热钢、淬硬钢、金刚石、石英以及钨、硅等各种金属和非金属硬脆材料在现代工业中的应用范围越来越广，尤其是在航空航天、兵器装备、汽车制造等领域，硬脆性材料的出现为产品向高速度、耐高温、高压等方向的发展提供了广阔的空间。

例如，近年来陶瓷常被用于制作叶轮、义齿、人造髋关节球、切削刀具和燃料腔体；硬质合金和淬硬钢被广泛用于工模具的制造；玻璃陶瓷可用于制造车用反光镜；碳纤维可用于制作汽车上的刹车片等等。

然而，由于硬脆材料本身的硬度高、脆性大，因此对它们的加工一直非常困难，尤其是当工件形状复杂，精度、表面粗超度要求较高时，传统加工方法很难实现预期的效果，甚至某些工件的加工费用可达到总成本的90％。

直到上世纪六十年代，旋转超声加工(Rotary UltrasonicMachining，RUM)技术才产生并逐渐应用到硬脆材料加工。

作为传统磨削加工和超声加工(Ultrasonic Machining，USM)的结合体，旋转超声磨削集成了二者的优点。

在随机床主轴旋转的同时，刀具还参与了沿主轴轴向的高速振动，这使得刀具中的磨粒(一般为金刚石颗粒)在静载荷、超声振动和主轴旋转的共同作用下不断冲击、滑擦被加工表面，从而将被加工材料粉碎成很多微小的颗粒，促进了加工的进展。

多年来，人们一直致力于改进和完善超声加工技术与设备。

通过不懈的努力，加工效率已经得到了明显提高，适用的加工领域也在不断扩大，但是它仍存在着许多缺陷需要改进。

2 旋转超声加工国内外发展现状到目前为止，英、美、苏、法、日、中等国家己对旋转超声加工方法作了一些研究，包括设备研制和工艺研究[1-4]。

英国Kerry超声公司研制生产了“Sonicmill”落地式旋转超声加工机。

前苏联莫斯科航空工艺研究所在20 世纪60 年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。

法国Extrude Hone 公司生产销售SoneX 型旋转超声加工机。

旋转超声加工振动系统的研究近年来，随着制造业的发展和技术的进步，超声加工作为一种新型的金属加工方法，受到了广泛的关注和研究。

旋转超声加工振动系统作为超声加工的一种变体，具有独特的优势和应用潜力。

本文将对旋转超声加工振动系统的研究进行探讨。

首先，我们需要了解旋转超声加工振动系统的基本原理。

旋转超声加工振动系统是在超声加工的基础上，引入旋转运动来增加加工过程中的能量传递效率。

在该系统中，工件被固定在旋转台上，超声振动器通过旋转台向工件施加旋转和振动力。

这种旋转振动力能够使材料表面产生剪切应力，从而实现高效的金属加工。

旋转超声加工振动系统具有几个显著的优点。

首先，由于旋转振动力的引入，系统能够实现更高的加工速度和更大的加工深度。

其次，旋转振动力能够增加材料表面的塑性变形，改善加工表面的质量和光洁度。

此外，旋转超声加工振动系统还可以有效地改善材料的力学性能和耐磨性，提高材料的综合性能。

在旋转超声加工振动系统的研究中，有几个关键问题需要解决。

首先是振动力的设计和优化。

旋转超声加工振动系统的振动力需要同时满足旋转和振动的要求，而且需要具备足够的能量传递效率。

其次是旋转台的设计和制造。

旋转台需要具备足够的刚性和稳定性，以确保加工过程中的准确性和稳定性。

最后是加工参数的选择和优化。

加工参数的选择将直接影响到加工质量和效率，需要进行合理的优化和控制。

旋转超声加工振动系统具有广泛的应用潜力。

在航空航天、汽车制造、电子设备等领域，旋转超声加工振动系统可以用于加工各种金属材料，如铝合金、钛合金等。

通过优化系统设计和加工参数，旋转超声加工振动系统可以实现更高效、更精确的金属加工，满足不同行业对零件加工质量和效率的要求。

总之，旋转超声加工振动系统作为一种新型的金属加工方法，具有独特的优势和应用潜力。

通过对其基本原理和关键问题的研究，可以进一步推动其在制造业中的应用和发展，为金属加工领域带来更多的创新和进步。

太原理工大学硕士学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究姓名：杨志斌申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：轧刚20080501太原理jI．．大学硕士研究生学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究摘要随着科学技术的发展，各种高性能的陶瓷材料不断涌现。

由于陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，在机械、电子、航空、汽车等领域上具有广阔的应用前景。

但由于其硬度和脆性高，难以加工，应用受到制造成本的限制。

超声加工己被证明是陶瓷、石英、金刚石、半导体等硬脆性材料加工的有效方法。

传统的磨料悬浮液超声加工工具磨损大，加工精度和加工效率也不高，因此国内外都在寻找新的加工方法并研制相应的新型设备。

研究表明，在传统超声加工的基础上发展的采用金刚石工具的旋转式超声加工是加工硬脆材料的一种有效方法，具有良好的发展前景。

超声加工装置主要由超声波发生器、换能器和变幅杆组成，其中的变幅杆在加工过程中处于极其重要的地位，它的主要作用是在其输出端：睁换能器输入的机械振动的质点位移或速度放大，或者将超声能量集中在较小的面积上。

振幅放大比是变幅杆的重要性能参数，对加工过程中的材料去除率有较大影响。

各种传统形状的变幅杆各有优点，但都不是最理想的。

指数形和圆锥形变幅杆的放大倍数较低，降低了加工效率；阶梯形虽然有比圆锥形和指数形变幅杆大的多的放大倍数，但其直径突变引起过高的工作应力，即使在突变处采用圆锥或圆角过渡可以降低工作应力，也要损失较大的振幅放大比。

随着有限兀理沦的完善和相关应用软件的发展，通过计算机育接进行变幅杆的设计成为可能。

本文以提高超声加T装置的效率为J斗J发点，设计并制造了旋转超声加工振动装置；通过对变幅杆的研究，设计出具有大振幅比的新型超声变幅杆。

主要研究内容有：太原理I：人学硕十研究生学位论文1．选购大功率超声波发声器与压电式换能器，设计并制造旋转超声加工机床振动装置。

2．应用解析法对传统的指数形、圆锥形、阶梯形变幅杆进行设计，求出其振幅放大比、节点位置、谐振长度等参数。

《工程陶瓷复频旋转超声加工系统设计及研究》篇一一、引言随着现代制造业的快速发展，工程陶瓷作为一种高性能材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到了广泛应用。

然而，工程陶瓷的加工难度大、效率低等问题一直困扰着制造业。

为了解决这一问题，本文提出了一种复频旋转超声加工系统设计及研究方案，旨在提高工程陶瓷的加工效率和加工质量。

二、系统设计1. 系统结构本系统主要由复频旋转超声发生器、超声振动系统、加工工具、工作台等部分组成。

其中，复频旋转超声发生器为系统提供稳定的电源和复频旋转信号；超声振动系统通过压电效应将电能转换为机械能，实现对工具的振动；加工工具根据具体加工需求进行选择；工作台则用于固定和移动待加工的工程陶瓷材料。

2. 复频旋转超声发生器设计复频旋转超声发生器是本系统的核心部分，其性能直接影响着整个系统的加工效果。

本设计采用先进的DSP数字信号处理技术，实现复频信号的生成和调制。

同时，采用闭环控制技术，确保复频信号的稳定性和准确性。

3. 超声振动系统设计超声振动系统是实现工具振动的重要部分。

本设计采用压电陶瓷片作为换能器，将电能转换为机械能，实现对工具的振动。

通过合理选择压电陶瓷片参数和结构，实现对振动频率和振幅的控制。

4. 加工工具和工件夹具设计根据具体加工需求，选择合适的加工工具和工件夹具。

对于工具，选择高精度、高刚度的工具头；对于工件夹具，设计具有夹持稳定、定位准确的机构，以确保加工过程中的精度和稳定性。

三、系统研究1. 复频旋转超声加工原理研究本部分主要研究复频旋转超声加工的原理和特点，包括复频信号对工具振动的影响、工具与工件之间的相互作用等。

通过理论分析和实验验证，得出复频旋转超声加工的优势和适用范围。

2. 工艺参数优化研究本部分主要研究工艺参数对工程陶瓷加工效果的影响，包括振动频率、振幅、切削速度等。

通过设计一系列的实验，找出最佳的工艺参数组合，提高工程陶瓷的加工效率和加工质量。

3. 系统性能评估与优化本部分主要对系统性能进行评估和优化。

旋转超声波加工0 前言陶瓷、石材、光学玻璃和硬质合金等材料具备优越的物理、化学和机械性能，在航空、电子、汽车、冶金、生物工程和国防等工业领域正得到越来越广泛的应用，并且其应用还在不断向新的领域发展。

为了实现这些硬脆材料的高效高质加工，依靠高强度刀具对工件材料的传统机械切削加工方式正逐步让位于采用机与电、化学、光、声等能量相结合的特种加工方式，超声加工技术因此应运而生。

超声技术在工业中的应用开始于上个世纪10到20年代，是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。

超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。

其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。

功率超声在机械加工方面的应用按其加工工艺特征，大致分为两类：一类是带磨料的超声磨料加工(包括游离磨料和固结磨料)即传统超声波加工，另一类是采用切削工具与其它加工方法相结合形成的超声复合加工即旋转超声波加工。

1传统超声波加工传统超声波加工(Conventional Ultrasonic Machining)是利用磨粒对工件的冲击进行加工。

其加工原理是超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，再通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。

此时振幅比较小，再通过变幅杆，使固定在变幅杆端部的工具振幅扩大到加工所需的振动，如图1所示。

将含有磨粒(通常为立方氮化硼或碳化硅)的磨料悬浮液输入到工具和工件表面之间，工具以约20 kHz的频率振动，磨粒在工具的振动下高速冲击工件表面，导致工件表面被冲击处的微小体积材料碎裂脱落，这样就得到了与工具表面相反的工件表面外形。

它的缺陷在于：随着加工深度的增加磨料悬浮液要进入到工具与工件表面之间变得越来越困难，加工效率随之降低；另外，随着磨料悬浮液的流动，孔径变太，孔加工精度降低。

摘要旋转超声加工中刀具以一定超声频振动的同时还作相对于工件的旋转。

刀具通常用低碳钢作为基体，表面涂覆或者烧结一层金刚石磨粒。

因此转超声加工是一种结合了传统超声加工去除材料机理和金刚石磨抛作用的一种复合加工方法。

与超声加工相比，旋转超声加工能够提供高的多的材料去除率，能加工更深的孔，及得到更高的加工精度，因此也得到了更为广泛的运用。

若与数控技术相结合就可以用于进行硬脆材料的的成型加工。

实践证明它是一种加工硬脆材料，如陶瓷、玻璃和岩石的有效方法。

超声加工装置由超声波发生器，换能器和变幅杆组成。

而旋转超声加工装置则需要进一步考虑如何实现旋转。

本文在分析原有的超声加工装置的基础上，提出了一种新型的旋转超声加工装置，它可应用与数控机床与铣床上，并可实现主轴头的摆转，可以方便的加工斜面与斜孔。

关键词：旋转超声加工，加工装置，主轴摆转AbstractRotary ultrasonic machining superimpose rotational movement on the tool head that vibrates simultaneously at ultrasonic freqency .The tool is made of mild steel coated or bonded with diamond abrasive.so is a hybrid machining process which combines the material removal mechanisms of conventional ultrasonicmachining and diamond pared with ultrasonic machining ,it can provide a much high material removol,deep holes,and fine precision,which leads to its further application. And it has been proved to be a promising and cost-effective machining method or hard and brittle materials, such as engineering ceramic, glass, stone,.Ultrasonic machining equipment consists of ultrasonic generator，transducer and horn．Rotary ultrasonic machining need to consider how to realize the rotate of the device.In this paper ,I analyse the device which have be designed,and put forward a newt vibrating system of rotary ultrasonic machiningequipment.It can be assembled on the numerical control machine， vertical milling machine. And it also can realize the wiggle of the device,in order to machine inclined hole and face conveniently.KEY WORDS：rotary ultrasonic machining process device spindle swinging目录第1章绪论51.1超声加工的提出及其分类51.2超声振动装置及机床的研制进展61.3选题的目的、意义及工作任务91.3.1选题的目的、意义91.3.2课题主要工作内容及任务111.1本章小结12第2章旋转超声加工装置的总体设计132.1超声波加工原理及其特性132.2旋转超声加工的基本原理152.2.1 超声振动的捶击作用152.2.2 金刚石工具的磨抛作用162.2.3 超声空化作用162.2.4液压冲击和旋转运动促进了碎屑的排出162.3旋转超声振动加工装置的主要组成172.3.1 超声波发生器172.3.2超声换能器192.3.3超声变幅杆202.4 各组成部分的连接与固定222.4.1变幅杆和换能器的连接222.4.2变幅杆的固定232.4.3超声波发生器与超声振动系统的连接232.5旋转超声振动系统的设计232.5.1对已有的超声加工装置进行分析242.5.2旋转超声加工机构装置结构上的实现方法272.5.3 旋转超声加工装置的整体结构的初步设计273.6本章总结28第3章旋转超声加工装置细节性设计计算293.1已知条件：293.2超声换能器设计293.2.1压电陶瓷片的设计293.2.2前后盖板的选材303.2.3夹心式换能器计算313.3变幅杆设计323.3.1 变幅杆的材料323.3.2变幅杆参数设计333.3.3连接及定位方式设计383.4内外桶，端盖及密封装置设计393.4.1 内外筒设计393.4.2端盖及密封装置的设计393.4.3 法兰盘设计393.5主轴的设计403.6主轴头摆转功能实现的设计41 致谢42参考文献:431．绪论1.1超声加工的提出及其分类随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是宇航、国防工业部要求产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，所用的材料愈来愈难加工，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、宝石、石英以及钨、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工；工件形状愈来愈复杂，精度、表面租糙度和某些特殊要求也愈来愈高。

文章题目：智能型超声波发生器使用指南及应用场景探讨1. 概述在当今社会，科技日新月异，各种高科技产品不断涌现。

智能型超声波发生器作为一种新兴的科技产品，其应用范围日益扩大，并在多个领域展现出了巨大的市场潜力。

本文将针对智能型超声波发生器的使用指南以及其在不同应用场景下的具体应用进行全面探讨。

2. 智能型超声波发生器的概念和原理让我们来了解一下智能型超声波发生器的概念和原理。

智能型超声波发生器是一种利用高频声波产生震荡效应的装置，通过改变频率和振幅，可以实现对物体的非接触式处理和探测。

它广泛应用于清洗、医疗、破碎、焊接等多个领域，具有操作简便、效率高、环保等优点。

3. 智能型超声波发生器的使用指南接下来，本文将详细介绍智能型超声波发生器的使用指南，包括使用前的准备工作、操作步骤、安全注意事项等内容。

在使用前，务必仔细阅读产品说明书，并按照说明书上的要求进行操作。

在进行操作时，务必佩戴防护耳罩和手套，以免受到高频声波的影响。

在清洗、破碎等应用中，要注意控制时间和频率，以免对物体造成损坏。

还需要定期对超声波发生器进行维护和保养，以确保设备的正常运行。

4. 智能型超声波发生器在清洗领域的应用智能型超声波发生器在清洗领域有着广泛的应用。

它可以利用高频声波对表面进行震荡，从而将附着在物体表面的污垢和杂质迅速去除，无需使用化学溶剂，清洗效果非常显著。

在汽车维修、电子器件清洗等行业，智能型超声波发生器已经成为一种不可或缺的清洗工具。

5. 智能型超声波发生器在医疗领域的应用智能型超声波发生器还在医疗领域具有重要的应用价值。

它可以通过高频声波的作用，对病人进行无创伤的体内检查，如心脏超声波、肝脏超声波等。

智能型超声波发生器还可以用于破碎肾结石、消融肿瘤等微创手术，取得了良好的临床效果。

6. 总结与展望智能型超声波发生器作为一种新兴的科技产品，具有广阔的市场前景和应用空间。

本文通过介绍其使用指南和在不同领域的具体应用，希望能够对大家更深入地了解智能型超声波发生器有所帮助。