机械工程学报

作者：殷森, 鲍岩, 潘延安, 董志刚, 金洙吉, 康仁科

单位：大连理工大学精密与与特种加工教育部重点实验室 大连 116024

关键词：超声椭圆振动切削,有限元仿真,双弯曲振动模态,振幅,纯铁；

基金：科学挑战专题（TZ2018006-0101-01）和国家自然科学基金（U20A20291）资助项目

超声椭圆振动切削可有效降低刀具磨损，提高零件表面加工质量，被广泛应用于难加工材料的超精密加工。为提高超声椭圆振动切削的加工效率，设计了一种具有多级放大功能的超声椭圆振动切削装置，有效提高了输出振幅。利用解析法设计阶梯式纵向振动换能器，实现了对振幅的第一次放大；结合Timoshenko理论及有限元仿真，简便设计了一种阶梯式弯曲振动变幅杆，对振幅进行第二次放大。利用纵向振动换能器在弯曲振动变幅杆的x方向和z方向分别激励，使其处于双弯曲振动模态，利用超声椭圆振动发生器调整两个激励的相位差，从而在安装在弯曲振动变幅杆前端的刀具上合成超声椭圆振动。对装置进行振动性能测试，其谐振频率为35.3 kHz，振幅最高可达8 μm，可有效提高“刀-工分离”的临界切削速度。利用该装置及单晶金刚石刀具对纯铁进行切削，分析了振幅和切削速度对表面粗糙度的影响，得到粗糙度22 nm的加工表面。

来源：2022年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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