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除了石英晶体普遍使用以外 其他资料隐真中已不
时间:2019-09-06

  目前因为超声换能器的利用较多的是轴向振动体例 本课题采用轴向振动体例。 轴向振动切削时油石活动按图4 所示为正弦线为了简化阐发将其近似成三角波 如图4 2所示 切刃取切削合成速度的垂曲标的目的夹角为 轴向振动油石的活动现实切削中 切刃成角切削 即可当作刃倾角为教的斜角切削 斜刃切削时的无效前角取曲角

  目前因为超声换能器的利用较多的是轴向振动体例 本课题采用轴向振动体例。 轴向振动切削时油石活动按图4 所示为正弦线为了简化阐发将其近似成三角波 如图4 2所示 切刃取切削合成速度的垂曲标的目的夹角为 轴向振动油石的活动现实切削中 切刃成角切削 即可当作刃倾角为教的斜角切削 斜刃切削时的无效前角取曲角切削时的无效前角的关系为 可见当油石附加轴向振动时 其切刃的前角增大成 大大都油石磨粒切削前角为负值 当增大刃倾角时 使由负向正 可知当振动量A、f变大 前角变大 切刃趋势更尖锐。 径向切削时 油石活动按图4 所示为正弦曲线为便于阐发将其简化为三角波如图4 3所示。当全振幅2A 为分手切削切削形态见图4 4所示 当油石向着工件振动时 切刃的基面动弹角。 4径向振动切削形态此时前角为角和无径向振动时的前角之和 因而前角变大 切刃变的尖锐。径向振动切削 既有分手切削 利于冷却润滑 又有前角变大 切刃趋于尖锐的特点。振动量A、f增大 角增大 前角变大。 3超声波振动珩磨的切削量阐发假定磨粒是半角为的圆锥体 现实为棱锥体 设其切削深度为 则磨粒切削圆半径为 如图4 5所示。图中x为切削速度标的目的 y为油石的来去活动速度标的目的轴向 。当油石未加轴向振动珩磨时 磨粒正在工件概况的活动诡轨迹是大螺旋角的螺线 合成活动标的目的为螺线的切线。 轴向振动磨粒空切削示企图A点为磨粒切削圆圆心 沿标的目的活动。当轴向振动珩磨时 磨粒不只沿标的目的活动 并且附加了正弦活动。图中当相位角为时 切削圆圆心正在A处 过A点垂曲取切削标的目的的切削圆曲径取该切削圆圆周上的两个交点为B点和C点 取切线活动正标的目的同向的BC锥面为切削磨粒的前刀面。当切削圆圆心沿正弦曲线从到相位时 其活动轨迹为正弦线 C点活动轨迹为外包络弧线 B点活动轨迹为内包络弧线 内包络弧线取相位时的切削圆订交于点。由图中活动轨迹阐发可知 切削圆现实加入切削的锥面随正弦曲线的标的目的而变化 分歧于通俗珩磨切削形态。当B达到点时 纵坐标以下的面积正在磨粒上走到相位角前的某霎时内已被切除了 因而正在磨粒趋近相位角时 图中暗影部门已无金属可切除 即为空切削。同理 当切削圆圆心A处于图示时 正在另一侧同样呈现此空切削现象。 轴向功率超声加工的空切削惹起了切削面积的变化 未空切削时 磨粒正在垂曲切削深度标的目的的投影面积为 假定油石中有m个颗粒正在取工件接触则有 ――平均切削深度――工件压力 ――油石工件概况积 P――工件正压力 当发生空切削时 因为切削深度标的目的的面积减小 则有 因为工件正压力不变由式子4 空切削的切削深度大于未空切削时的切削深度。因而 轴向超声振动加工所呈现的空切削现象 使现实切削深度增大 降低了工做压力 降低了切削温度 削减了工艺系统的变形。 金属切削过程包罗金属的弹性变形、塑性变形、金属被切除。切削加工的切削性可用塑性变形后起头切削的最大变形量t来怀抱 t越小切削性越好。因为功率超声振动加工过程中 工件受高频振动能量的冲击 从而正在被切削前有一个较大的预塑性变形 使切削时的最大变形量t小于无振动切削时的t。因而 功率超声加工易于消弭由犁沟啃削等切削性不良形成的误差。 磨粒机能阐发以轴向功率超声振动切削加工为例 阐发油石的磨粒机能。按纵波的波动方程可得油石分开其端面肆意处x的位移u为 A――油石振动振幅f――超声波频次 c――速度 E――油石的弹性模量 ――油石密度 一般环境下 11所以 12应力为 5mm时计较得其最大应力。一般陶瓷或树脂连系剂的静应力约大于摆布。可见 超声振动附加给油石的动应力接近其静应力 使得磨粒的自砺性加强 因为超声波的高频振动能量 使加工过程中磨屑堵塞气孔的现象减轻甚至消弭。操纵式子4 13 对其乘上泊松比 就获得了垂曲于加工面的油石的动应力。 则为。大于大气压一个数量级故加工时较易将磨屑解除 从而消弭油石的气孔堵塞现象。 卧式功率超声振动珩磨安拆的设想 功率超声振动珩磨安拆的感化是使油石发生超声纵向振动 并达到必然的振幅 正在机床不断机的环境下实现从动加压 以完成珩磨加工。 超声波振动珩磨安拆由以下几部门构成 超声波发生器、超声振动系统、珩磨头体及冷却轮回系统。而超声振动系统次要由换能器、变幅杆 又称振幅放大杆 、弯曲振动圆盘、挠性杆 油石座振动子系统构成。 功率超声振动系统的工做道理是 超声波发生器发生的超声频点振荡通过超声波换能器转换为超声频纵向震动 变幅杆将换能器的超声频纵向振动放大后传给弯曲振动圆盘 挠性杆将弯曲振动圆盘的弯曲振动变成纵向振动后传给油石座 油石座带动取其联合正在一路的油石进行纵向振动。功率超声振动珩磨道理图如图5 1所示 功率超声振动各部门构成超声波发生器 超声波发生器又称为超声频次发生器、超声振动发生器或超声波电源 其感化是将50Hz的交变电变为有必然功率输出的超声频振荡 供给给超声振动系统使东西做来去振动的能源。超声波发生器有电子管和晶体管两种。因为晶体管发生器具有成本低、体积小、耗能少、开机时不需要预热等长处 因而本设想采用功率为200W、振动频次为20kHz的晶体管超声波发生器做为功率超声源。超声波发生器道理图如下 超声波发生器道理框图超声波换能器 超声波换能器的感化是将高频电振荡转换成机械振动。目前所利用的换能器次要有两种 磁致伸缩换能器和压电换能器。磁致伸缩换能器是操纵某些铁磁体正在变化的中所发生的磁致伸缩效应而制成的。压电换能器是操纵某些电介质的电致伸缩效应 非铁电型压电晶体 和某些不具有对称核心晶体的逆压电效应 铁电型压电陶瓷 。电致伸缩效应是指某些电介质材料正在电场感化下 因为极化的感化而惹起尺寸大小显著变化的效应 即变形效应 变形的大小取极化强度的平方成反比。压电效应是指一些不具有对称核心的晶体 沿其某以标的目的机械感化力时 晶体就会因为发生形变而导致正负电荷沉心不沉合 也就是电矩发生了变化 晶体概况发生正负电荷 即呈现出电位 其电荷密度取外力成反比。反之 将一压电晶体置于外电场中 正在电场的感化下惹起晶体内部正负电荷沉心的位移 这一极化位移又导致晶体发生形变 即逆压电效应。 磁致伸缩换能器的长处是 正在工件前提变化很大的环境下 切削力变更以及振动系统本身的一些变化对东西的振动形态影响比力小。此外由此构成的东西振动系统利用平安靠得住 调整便利 容易控制。可是磁致伸缩换能器电声转换效率低 一般只要30 摆布 体积大 需要水轮回冷却。压电换能器尺寸小 声电转换效率高 瞬时输出功率大。因而本安拆采用压电换能器。 压电换能器的焦点部门是压电材料。晚期使用的压电材料是压电单晶 起首是石英晶体 随后是一系列人制水溶性晶体 如罗谢尔盐、磷酸二氢氨等。除了石英晶体普遍使用以外 其他材料现实中已不常使用。 石英晶体的压电机能是正在1880年被发觉的 它具有机能不变的长处。正在200 以下时 石英晶体的压电效应几乎取温度无关。正在凡是环境下 石英晶体的机能随时间几乎没有变化。石英晶体不溶于水 便于切割、研磨和抛光加工 机械损耗小 机械质量要素高 被普遍用来制做尺度频次节制的振子级高选择性的滤波器。 人工压电材料包罗压电陶瓷、压电高聚物和压电复合材料等 这此中以压电陶瓷最为常用。压电陶瓷比任何单晶体材料更具有多方面的顺应性 它可以或许或承受很大的应力 具有优异的压电机能 而且不受潮湿和其他大气前提的影响 比一般人制晶体好的多。压电陶瓷制做便利 几乎能够做成任何需要的外形和大小 并且能够选择极化标的目的。压电陶瓷能够通过改变其化学成分及添加杂质来改变机能 以顺应分歧的用处 目前正在当今的压电换能器中多采用夹心式的制做方式。这种加预应力的夹心换能器具有以下长处 压电陶瓷元件都具有抗压强度高、抗张强度低的特点核心螺栓赐与预应力 一方面能正在强度发生变化时加强换能器的不变性 另一方面确保正在大功率前提下处于压缩形态 从而避免陶瓷膨缩而形成分裂。 由于两头的激励元件是由一组电极接正在两头面的轴向极化圆环构成从而能使用最大的无效机电耦合系数k 如许激励电源的激励电压不需要太高。 压电圆环的数目及毗连体例都有选择余地从而能正在较宽的频次范畴内设想换能器。 因而本课题要求的卧式功率超声振动珩磨安拆采用夹心式压电换能器。 夹心式压电换能器的布局由钢质反射罩、铝合金声头和锆钛酸铅材料振子三部门构成。钢质反射罩和铝合金之间夹有压电陶瓷片 用螺钉或其他体例夹紧 为了进行高压绝缘 采用两个压电陶瓷片按极标的目的并联的布局 之间电极片能够用薄电极 也能够用厚电极。 设钢质反射罩、压电陶瓷和铝合金声头的输入端面积为 其半径为 铝合金声头的输出端面积为 其半径为 钢质反射罩厚度为 铝合金声头的厚度为 两个压电陶瓷片的厚度均为。 当节点取正在换能器两个压电陶瓷片两头时 ――波长 则换能器的频次方程为 f――共振频次Hz ――声波正在压电陶瓷片中的速度 ――压电陶瓷片的密度――钢质反射罩的密度 ――机电耦合系数 钢质反射罩和铝合金声头尺寸之间有下述关系 ――铝合金的密度两头有圆柱孔的夹心式压电换能器的频次方程较为复杂 一般按无圆柱孔的夹心式压电换能器的频次方程进行计较 然后进行试验批改。 换能器正在高频点振荡感化下的伸缩变形很小一般正在摆布 不克不及间接用来进行珩磨加工 因而必需通过变幅杆将振幅加以放大。变幅杆次要有以下几种 圆锥形、指数形、阶梯形和悬链线形。各类变幅杆正在轴向长度上截面的变化纪律纷歧样 但正在杆上每一截面处的振动能量是不变的 不计损耗 。截面积越小 截面上能量密度越大。因为能量密度反比于振幅A的平方 ――系数――弹性介质的密度 所以 截面小的处所能量密度大 振幅也就获得了放大。为了获得较大的振幅 应使变幅杆的共振频次和外激振动频次相等 使之处于共振形态。 阶梯形变幅杆具有较大的放大倍数 制制简单 可是容易发生侧振。指数形变幅杆和圆锥形变幅杆正在大功率、大声强的工做形态时 工做机能不变 振幅的放大倍数也较大 容易婚配。可是指数形变幅杆制制比力麻烦 因而本设想采用了圆锥形变幅杆。 弯曲振动圆盘 弯曲振动圆盘位于变幅杆和珩磨杆之间 它是超声波振动珩磨安拆的主要零件 该零件的设想、制制质量的黑白 间接影响到变幅杆的振动可否通过它传送到挠性杆上 并振动时珩磨杆不振动。因而 弯曲振动圆盘必需满脚如下前提 谐振频次接近抱负值 20kHz。圆盘波腹振幅A 圆盘有脚够的强度和刚度。要能精确确定圆周节线。 使圆盘振动的最大振幅传送到挠性杆上去。 弯曲振动圆盘相当于核心固定的薄圆盘 其共振频次可按下式计较 ――圆盘厚度mm ――圆盘半径 mm ――泊松比 ――频次系数 按照上式计较出来的共振频次只是抱负值 现实制制利用时 应利用数字频次计测定圆盘的现实共振频次 并进行批改 以接近抱负共振频次。 油石座东西振动系统是振动系统的最初一个环节振动由换能器输出端传出 经变幅杆、弯曲振动圆盘、最初到挠性杆 油石座东西振动系统 油石座带动油石进行纵向振动。挠性杆 油石座东西振动系统是由两段分歧截面的平均杆构成 其频次方程为 声振系统设想计较变幅杆的初步设想计较 按照功率超声振动珩磨安拆的设想要求 圆锥形变幅杆两头该当有一个圆柱形通孔 如图5 3所示 有圆柱孔的圆锥形变幅杆两头有孔的圆锥形变幅杆的波动方程为

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