超声磨削装置结构设计
超声磨削装置结构设计
超声磨削装置摘要带有旋转的超声磨削加工是在原有机械加工磨削的根本原理上，将超声加工的振动和磨削器械混合到一起的新型式加工的方法。
该方式保存了原有机械磨削的某些好的特点，有了超声振动的参与，能极大地提升加工时的工作效率，更能对难加工材料磨削表面质量有所改善。
这篇论文的意义是研究出旋转超声磨削装置结构，使用这个装置从事一些加工实验。
全文主要内容概括如下：探讨分析旋转超声磨削机构这个装置，材料如何除去的原理。
这个装置中去除材料的原理有相同时间具备冲击（磨具上的磨粒对工作件表面的高快速撞击）和磨蚀（旋转的磨削加工工具和进给中的运动可以变为模型化为磨削加工的过程）的作用。
研究并制作一种新型式的旋转超声磨削装置。
该结构装置能安装在不同种类的机床上，进行旋转超声磨削加工对常规表面和某些较多样型面的材料。
关键词超声加工意义；旋转超声磨削；结构设计与校核Ultrasonic grinding deviceAbstractRotary ultrasonic grinding is a new machining method that combines ultrasonic vibration with grinding tools in the basic principle of the original mechanical grinding. This method saves some of the good features of the original mechanical grinding. With the participation of ultrasonic vibration, it can greatly improve the working efficiency and improve the quality of the grinding surface of difficult to machine materials. The significance of this paper is to study the structure of a rotating ultrasonic grinding device and to do some machining experiments with this device. The main contents are summarized as follows:The principle of how to remove material of rotary ultrasonic grinding mechanism is discussed. The material removal principle of this device in the same time (with the impact of abrasive abrasive on the work piece surface high impact and abrasion (fast) rotating grinding tool and feed movement in can be modeled as process of grinding) role.A new type of rotary ultrasonic grinding device is studied and fabricated. The structure can be installed on different kinds of machine tools, and rotary ultrasonic grinding is applied to conventional surfaces and some kinds of materials with various shapes.Keywords Ultrasound processing significance，Rotate ultrasound grind，Structure design and checking目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 超声的发展史 (1)1.1.1 超声发展简介 (1)1.1.2 国外发展 (1)1.1.3 国内发展 (2)1.2 超声加工的原理及特点 (3)1.2.1 传统超声加工 (3)1.2.2 旋转超声加工 (4)1.3 超声加工陶瓷的意义及前景 (5)1.4 本章小节 (5)第2章工程陶瓷材料的使用价值及加工技术 (6)2.1 结构陶瓷 (6)2.2 陶瓷基本复合材料 (7)2.3 功能陶瓷 (8)2.4 本章小结 (10)第3章装超声磨削装置的结构设计 (11)3.1 超声加工设备及其组成部分 (11)3.2 初步结构设计 (11)3.3 结构的比较 (13)3.4 最后结构的确定 (16)3.5 本章小结 (17)第4章装置中的各部件的设计及校核 (18)4.1装电机的计算与选择 (18)4.2 变幅杆的设计 (20)4.3 压电陶瓷的选择 (22)4.4轴强度的较核 (23)4.5 键的校核 (25)4.6 本章小结 (26)第5章超声磨削与环境保护 (27)5.1 目前我国环境现状 (27)5.2 超声加工对环境影响 (27)5.3 本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A (32)附录B (38)第1章绪论1.1超声的发展史1.1.1超声发展简介近年来科学水平的快速提升和飞机火箭等加工的需要，难加工材料使用越来越多如1Cr18Ni9、复合材料、工程陶瓷等，它们的特殊性质使其制造加工有些费力。
超声磨削装置设计
超声磨削装置设计设计超声磨削装置超声磨削是目前工业加工领域中一种先进的磨削技术。
它利用超声波振动来实现高效、精确的磨削和研磨效果。
超声磨削具有磨削效率高、加工精度高、加工品质好等优点，因此被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、机械制造等领域。
在设计超声磨削装置时，需要考虑以下几个关键因素：超声振动源、工作台、夹具、砂轮和磨削液。
首先，超声振动源是超声磨削装置的核心部件。
它产生高频振动，并将其传递给工作台和夹具，从而驱动砂轮进行磨削。
超声振动源的设计应着重考虑振幅、频率和功率等参数。
合理的超声振动源设计可以提高磨削效率和精度。
其次，工作台是超声磨削装置的支撑组件。
它用于承载工件，并提供与砂轮的运动配合。
工作台的设计应考虑到承载能力、运动精度和稳定性等因素。
合理的工作台设计可以提高磨削精度和稳定性。
夹具是用于夹紧工件的部件。
在夹具设计时，需要考虑夹紧力的大小、均匀程度以及对工件的保护。
合理的夹具设计可以提高工件的固定性和稳定性。
砂轮是进行磨削的工具。
其设计应考虑磨削效果、加工压力、磨削速度等因素。
合理的砂轮设计可以提高磨削效率和加工精度。
最后，磨削液在超声磨削中起到冷却、润滑和清洗的作用。
磨削液的设计应考虑到冷却效果、清洗效果、环保性等因素。
合理的磨削液设计可以提高磨削质量和工作环境。
综上所述，超声磨削装置的设计需要充分考虑超声振动源、工作台、夹具、砂轮和磨削液等关键因素。
通过合理的设计，可以提高超声磨削的效率、精度和质量，满足不同行业的加工需求。
超声波加工机床的结构设计与动力系统优化
超声波加工机床的结构设计与动力系统优化一、引言超声波加工机床是一种利用超声波振动进行加工的先进设备。
它具有精度高、效率高、能耗低等优点，因此在现代工业中得到了广泛应用。
本文将对超声波加工机床的结构设计与动力系统进行分析与优化，旨在进一步提高其加工质量和性能。
二、超声波加工机床的结构设计1. 传动系统设计超声波加工机床的传动系统是保证加工过程中能量传递和工具运动的关键部分。
采用传动系统可以将电机的转速转换为工作台或工具的运动速度。
传动系统的设计应保证其结构紧凑、刚性良好、传动效率高和稳定性强。
2. 悬挂系统设计超声波加工机床的悬挂系统用于支撑工具和工作台，使其在超声波振动下能够稳定运动。
悬挂系统应具备足够的刚性和稳定性，能够有效抵抗振动的影响。
同时，悬挂系统还应具备一定的调节能力，以适应不同加工任务的要求。
3. 结构刚度设计超声波加工机床在加工过程中需要承受较大的力和振动。
因此，其结构刚度设计至关重要。
合理的结构刚度设计可以提高加工精度，减小振动的影响，并降低设备的故障率和维修成本。
结构刚度设计需要考虑材料的选择、结构的合理性和加工工艺等因素。
三、超声波加工机床的动力系统优化1. 电机选择与匹配超声波加工机床的电机是动力系统的核心部分，对其性能和稳定性有重要影响。
电机的选择应根据加工机床的负载要求、工作条件和精度要求等因素进行选择。
同时，电机的匹配应保证其输出扭矩和速度与机床需求相匹配，以提高加工效率和精度。
2. 控制系统设计与优化超声波加工机床的控制系统对于保证加工过程的稳定性和精度至关重要。
控制系统应具备快速响应、精准调整和稳定运行的能力。
通过优化控制算法和调整控制参数，可以进一步提高加工机床的稳定性和控制精度。
3. 能源系统优化超声波加工机床的能源系统包括供电系统和能量转换系统两部分。
供电系统应能够稳定地为机床提供所需电能，以保证其正常运行。
能量转换系统应具备高效转换能量的能力，以提高能源利用率和机床的工作效率。
超声磨削装置结构设计
超声磨削装置结构设计1.振动源：超声磨削装置的核心是振动源，它产生高频的超声波振动。
振动源通常由发生器、转换器和振动工具组成。
发生器产生高频电能，通过转换器将电能转换成机械振动，然后通过振动工具传递到被加工的材料上。
2.振动工具：振动工具是超声磨削装置中的重要部件，它负责将振动源产生的超声波振动传递到被加工材料上。
振动工具通常采用金属材料制成，具有特定的形状和表面特征，例如凸轮形、圆柱形等。
振动工具的结构设计需要考虑振动传递的效率和加工性能。
3.加工台：加工台是超声磨削装置上用于支撑和夹持被加工材料的平台。
加工台通常由金属材料制成，具有坚固的结构和稳定的工作平面。
加工台的结构设计应考虑材料夹持的可靠性和加工精度的要求。
4.控制系统：超声磨削装置需要一个控制系统来控制振动源的工作参数，例如振动频率、振幅和工作时间等。
控制系统通常包括电子控制器和人机界面。
电子控制器负责控制振动源的工作状态，人机界面提供操作界面和参数设置功能。
5.辅助装置：为了提高超声磨削装置的效率和加工质量，常常需要一些辅助装置。
例如冷却系统可以冷却加工过程中产生的热量，减少工件的变形和表面质量的损坏；收集系统可以收集加工过程中产生的切削屑和废料，便于清理和回收利用。
1.功能需求：根据实际应用需求确定超声磨削装置的功能。
例如，不同的材料（金属、陶瓷、玻璃等）具有不同的物理性质和加工要求，需要针对性地设计不同的结构和参数。
2.材料选择：超声磨削装置的结构材料应具有高强度、高刚度和良好的耐磨性能，以满足高频振动的工作要求。
3.结构设计：超声磨削装置的结构设计应紧凑合理，以提高工作效率和加工精度。
同时，还需要考虑装置的稳定性和可靠性，以确保长时间连续工作的可行性。
4.参数调节：超声磨削装置应具有调节振动频率、振幅和工作时间等参数的功能，以适应不同材料和加工要求。
5.安全性设计：超声磨削装置的设计还需要考虑安全性，例如添加安全保护装置，防止误操作和意外伤害。
超声振动钻削装置结构设计研究.docx
超声振动钻削装置结构设计研究1引言本文所涉及的超声振动钻削机构的设计，采用现代设计方法和理念，即系统化设计方法来建立机构的总体布局和设计各主要部件并在现代制造工程设计方法下获得最佳原理方案。
钻削机床一般是指以实现钻孔加工为主的机床，所具有的运动相对其它机床来说比较简单，最主要的特点是在工件固定不动的情况下刀具做旋转和进给运动来实现加工，随着传动部件的发展和改进，钻削的加工质量和效率都有所提高，得到最广泛应用的是立式钻床和摇臂钻床。
立式钻床的主轴转速和进给量具有较大的变化范围，这使得其可以加工的材料范围也比较广泛，摇臂钻床是针对于立式钻床改进得到的，其主轴箱可在摇臂上左右移动，更加扩大了机床的可加工范围。
结合立式钻床和摇臂钻床的结构有点，进行下一步关于本文装置的设计。
2超声振动钻削机床结构原理分析通过对典型钻削机床结构的了解和深入分析，同时考虑超声振动的独特加工原理所带来的对机床结构的变革，在机构设计理论的基础上，开展超声振动钻削机床的设计的讨论，在机床的运动精度和结构合理性基础上，进行主体结构的原理性分析。
钻削加工虽然从机床运动角度来说相对于其它加工方法较简单，但是钻削加工因其所使用刀具即钻头的结构复杂性，注定了钻削加工原理的复杂性，而这种钻削原理决定了在设计钻削加工机床时要求钻头轴向与工件平面的垂直度保持性以及振动的快速消除等。
超声振动的原理主要是依赖超声波的高频振动转化为机械振动从而实现加工的，而在传统加工原理中振动被认为是对机构不利的，如何有效地利用超声波振动而又保持机构的稳定性是设计机床时需要主要考虑的问题，所以引入了振动加工使得机床的振动抑制和利用面临着考验。
在钻削原理和超声振动原理的综合分析下，结合钻削机床固有的特点，同时考虑机构的工艺可能性，结构简单性，易于制造和装配，操作方便等因素用来指导机构的总体设计。
3超声振动钻削系统的总体设计由上面钻削原理，超声振动原理和钻削机构运动原理，确定本文所要设计的超声振动钻削机构所应该满足的要求和设计要点如下：结构简单且灵活性强以适应实验的多样性和便于改进，装配和布局合理，影响工件加工的参数有较大变化范围，便于检测系统的安装和测试，部件装配的稳定性和能量传递的完整性，主轴垂直度保持几个方面。
基于新型二维超声磨削方式的工装设计及共振动特性实验
决 问题 ， 须 进行 结构 优 化 ， 骨 架在 重量 减 轻Байду номын сангаас 不变 必 使 的情 况下 ， 高扭转 刚 度和 弯 曲刚度 。 提
ｍｍ 的 矩 形 梁 中 ， 侧 侧 窗 上 横 梁 应 力 最 大 ， ７ ． 右 为 １７
ＭＰ ； 面 形 状 为 ４ ａ截 Ｏ ｍｍ ×４ ０ ｍｍ × １ ７ ． ５ ｍｍ 的 矩 形 梁
１ １ 工 装 总 体 结 构 的 确 定 ．
为 了满足 在 超精 密平 面磨 床 上对 大平 板 陶瓷进行
超 声 磨 削 的要 求 ， 装 的结 构 须 满 足 以 下 几 点 ： 工
ｍｍ ×５ ０ ｍｍ ×１ ７ ． ５ｍＥ 的 矩 形 梁 中 第 二 横 担 应 力 最
大 ， １８ ３ ａ 截 面 形 状 为 ５ 达 ２ ． ２ＭＰ ； ０ｍｍ ×３ ０ ｍｍ × １ ７ ．５
４ 高 云凯， 杨欣 ， 金哲峰． 轿车车身刚度 优化方法研究 【】 同济 Ｊ．
大学学报 （ 自然科学版 ）２ ０ ，３ ８ ：０ ５—１９ ． ， ０ ５ ３ （ ） １９ ０ ７
相差 较 大 ， 以通过 优 化 梁 元 形状 参 数 来 合 理经 济 地 可
使 用 材 料 １ 。
５ 高圣彬， 高为 民， 张其林， 关于提高桑塔纳２ ０ 型 白车身 等． ００
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ０—４ ９ （０ ７ ０ １０ ９ ８ ２０ ）６—０ ２ 一ｏ ０９ ３
传 统 的 超 声 磨 削 方 法 是 将 超 声 波 施 加 到 砂 轮 主 轴
改 变 磨 床 结 构 的情 况 下 最 有 效 地 实 现 超 声 波 加 工 的方 法 。 于实 验 中所 用 陶 瓷 试 件 的 尺 寸 （ ２ ×４ ０ｍＥ 由 ６ ０ｍｍ １
超声振动钻削机构设计
目次1．绪论 (3)1.1.引言 (3)1.2.课题的来源及其研究的内容 (3)1.3.超声振动钻削机构概述 (4)1.4.超声波的产生及其特性 (5)1.5.超声波的加工原理及特点 (6)1.6.超声波加工发展概况 (7)2．超声振动钻削系统的结构设计 (9)2.1.引言 (9)2.2.超声振动钻削系统的结构设计 (9)3．超声振动钻削机构声学系统的设计 (13)3.1.超声波发生器与换能器 (13)3.2.超声变幅杆的设计 (14)4．钻头夹具的设计与连接 (30)4.1.钻头夹具的选取与设计 (30)4.2.钻头夹具与变幅杆的连接 (31)5．其他零部件的设计 (32)5.1.其他零部件的设计 (32)6．校核与计算 (34)6.1.轴承的计算 (34)6.2.内轴套的校核 (34)设计总结 (36)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论1.1引言自上世纪50年代以来，特别是近一二十年，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的需要，不仅新产品更新换代日益加快，而且要求产品具有很高的强度重量和性能价格比。
为此各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，这些都对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。
因此，一些材料采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，特种加工便应运而生。
超声波加工是特种加工的一种，它始于1927年，至今已有70多年的发展历史。
它是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中，产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击以及由此产生的气蚀作用来去除材料已达到加工目的的加工方法。
提到超声波加工，不能不提到超声波加工设备——机床。
多年来，人们不断改进超声波加工机床，通过不断努力，使其取得了很大的进展，超声波加工效率提高了数倍，但它还是有很多的缺陷需要改进，本文将对超声波加工机提出一种新概念。
1.2课题来源及其研究的内容随着科学技术的迅速发展和激烈的市场竞争，加快了产品更新换代的步伐，为此，各种新材料、新结构、高要求的零部件大量涌现，这对机械制造业提出了新的要求。
超声振动车削装置整体设计报告
一，超声振动车削装置总体方案设计报告。
超声振动车削具有降低切削力和切削热，提高加工效率的优点，可以提高工件的表面质量和尺寸精度。
本章根据工件的特性设计了纵向超声振动车削装置。
设计的超声振动车削装置必须具备以下条件：（1）当切削刀具装到变幅杆上，能和换能器产生共振；（2）切削刀具与换能器或变幅杆之间要拆装方便；（3）当切削刀具安装到变幅杆上后，该系统的振动频率应保持不变。
该装置主要由超声波发生器，换能器，变幅杆，支架，刀架，车刀组成。
车刀与变幅杆用螺丝连接，便于装卸，装置用螺栓固定在车床的刀架上。
整个装置简单，拆卸方便，符合实验要求。
超声振动车削装置如下图1所示.。
其工作过程为，超声波发生器将220V、50Hz的交流电变成有一定功率输出的超声频电振荡，以提供振动切削加工中的振动能量，本实验采用的超声波发生器的输出频率为20KHz。
压电陶瓷换能器是用来把高频电振荡转换成高频机械振动，经变幅杆将振幅放大，超声波机械振动经变幅杆放大后，将能量传递给车刀，实现超声振动车削。
整个装置通过支架安装在刀架上。
图1 超声振动车削装置示意图二，超声发生器和换能器系统设计超声波发生器将220V、50Hz的交流电变成有一定功率输出的超声频电振荡，以提供振动切削加工中的振动能量。
超声加工过程中，振动系统的温度、刚度、载荷变化、加工面积、工具磨损等因素的变化，使得系统的固有频率发生漂移，因此要求超声波发生器必须满足下列要求：足够的输出功率；频率稳定，并能在所需要求范围内连续可调；发生器的输出阻抗应与换能器的阻抗相匹配；发生器能根据负载变化调整输出功率，具有频率自动跟踪能力；具备连续工作能力，且价格便宜。
换能器的作用是利用物体的压电效应和磁致伸缩效应，将超声波发生器产生的超声频电振荡信号转换为超声频机械振动，目前主要有：磁致伸缩换能器、压电陶瓷换能器以及电磁换能器。
用于超声加工中的换能器必须具备结构尺寸小、电声转换效率高、阻抗易于匹配、发热量小、能够长时间连续工作。
毕业设计超声振动珩磨装置的总体设计
摘要超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或于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。
超声珩磨加工是利用超声振动的工具端面，促使悬浮在工作液体中的固结磨粒冲击工件表面，去除工件表面材料的加工方法。
本次设计系统的介绍超声振动珩磨技术发展的概况。
超声振动珩磨装置的总体设计；超声振动珩磨声学系统设计：超声波发生器和换能器的选用、变幅杆的设计计算、振动圆盘的设计计算、以及挠性杆和油石子系统的设计等；还包括关键机械机构的设计：电刷机构、分度进给机构、与夹具的配备形式---球头浮动连接等。
并通过比较论证进一步阐述了超声振动珩磨技术的发展前景和应用范围。
关键词：超声加工、变幅杆、珩磨、振动圆盘、油石AbstractUltras onic process ing is the use of ultras onic vibrati on tools in abrasive liquid medium, or abrasive produce abrasive shocks, he fin ds, hydraulic shocks and the result ing gas pip ing role in the removal of materials, or to the in strume nt or worki ng along a certa in directi on by ultras onic vibrati on freque ncy vibrati on for process ing, or usingultras onic vibrati on to her comb ined process ing methods. Ultras onic Honing processing is the use of ultrasonic vibration tools carry noodles,to the con solidati on of liquid suspe nded in the work piece surface Moli shocks, removed her surface materials process ing methods.This desig n system in troduced ultras onic vibrati on Honing tech no logical developme nt profile. Ultras onic vibrati on Honing device desig n; Ultras onic vibrati on Honing acoustic system desig ns: ultraso und gen erator and other devices to use, cha nge Deputy pole desig n calculations, vibration disk design calculations, and flexibleness poleand rock subsystem design; The design also includes key machineryage ncies: electr onics brush age ncies, sub-degrees into the body, jig equipped with the ball form --- the first floating connecting. And through comparative study further elaborated ultras onic vibrati on Honingtech no logy developme nt prospects and applicati ons.Key words: Ultras onic process ing, perce ntage cha nges pole, Honing, vibratio n disk, rock第一章前言毕业设计是本科学习最为关键的一部分。
超声波加工机床的机械结构优化设计研究
超声波加工机床的机械结构优化设计研究超声波加工机床是一种利用超声波在介质中传播产生的高强度能量来进行加工的工具。
在工业生产中，超声波加工机床被广泛应用于材料加工、表面处理和装配等领域。
机械结构作为超声波加工机床的核心部件，对其加工效果和运行稳定性起着重要的影响。
因此，进行超声波加工机床的机械结构优化设计研究是非常必要的。
在超声波加工机床的机械结构优化设计中，主要包括优化机械结构的材料选择、结构布局、刚度分析和运动平稳性等方面。
首先，材料选择是超声波加工机床的机械结构优化设计中的重要环节。
合理选择机械结构所使用的材料是提高机械结构强度和稳定性的关键因素。
一般而言，机械结构所采用的材料应具有高强度、良好的刚性和耐磨性。
在材料选择方面，常用的材料包括高强度钢、铸铁和铝合金等。
根据具体的加工需求，选择适当的材料可以提高超声波加工机床的使用寿命和加工质量。
其次，在机械结构布局的优化设计中，需要考虑到超声波加工机床的整体结构以及各部分之间的协调性。
机械结构布局应尽量简洁合理，以提高加工的稳定性和减少杂乱的振动噪声。
此外，布局设计还应考虑到操作人员的人机工程学要求，以保证操作的舒适性和安全性。
在机械结构的刚度分析中，需要对超声波加工机床的结构进行有限元分析，确定机械结构的刚度和强度。
通过分析机械结构的刚度，可以预测加工过程中的变形情况，并采取相应的措施进行修正，以保证加工的精度和质量。
最后，运动平稳性是超声波加工机床机械结构优化设计中需要考虑的重要因素之一。
高速运动和转轴运动时可能会产生振动、摩擦和冲击等问题，影响加工的稳定性和精度。
因此，设计人员应采取相应的减振和润滑措施，降低机械结构的振动和摩擦，提高机械结构的运动平稳性。
综上所述，超声波加工机床的机械结构优化设计研究是提高加工效果和运行稳定性的关键。
在实际应用中，设计人员应综合考虑材料选择、结构布局、刚度分析和运动平稳性等因素，以达到优化设计的目的。
通过不断的研究和实践，进一步提高超声波加工机床的机械结构设计，将能够满足不同行业对加工精度和效率的需求，推动超声波加工技术在工业生产中的广泛应用。
旋转超声磨削装置结构设计
旋转超声磨削装置结构设计1 绪论1.1超声的发展史超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。
一般来讲，人耳可以听到的声波的频率范围约为16~20KHz。
因此，人们常把高于20KHz的声波称为超声波。
而在实际应用种，有些超声技术使用的频率可能在16KHz以下。
早在1830年，为了探讨人耳究竟能够听到多高的频率，F.Savart曾用一个多齿的轮首次产生了频率为2x104HZ的超声，但人们一般却认为，首次有效产生高频声的，应是1876年F.Galton的气哨实验。
第一次世界大战期间，ngevin发明了石英晶体换能器，用来在水中发射和接收频率较低的超声波，开始了人类真正科学的开展超声技术的研究。
超声具有许多独特的性质和优点，如频率高、波长短、在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性、并在液体介质中传播时可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
因此，近年来，随着科学技术的发展，超声技术发展极为迅速，应用领域非常广泛。
目前，其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域，在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。
1.2超声加工的原理及特点旋转超声磨削的加工原理如图1-1所示，其中，压电陶瓷换能器用于将从外部接入的高频电振荡信号（由220V或380V的交流电经超声波发生器转换而成）转换为超声频机械振动；由于压电陶瓷换能器产生的振幅较小（大约有5μm），一般不能满足需求，需用变幅杆将换能器的振动振幅放大后（振幅为20～30μm）再传至磨削工具，磨削工具在由电机驱动做旋转运动的同时也做纵向超声振动，其振动方向如下图中的箭头所示。
超声换能器变幅杆磨削工具超声振动方向超声波发生器工件图1-1旋转超声磨削的原理加工过程中，磨削工具既做旋转运动又做纵向超声振动，磨粒直接作用在工件上，可以看出，磨粒与工件是永久性接触的，不存在速度与工件表面分离的特点，因此文中所研究的旋转超声磨削并没有脱离传统的机械磨削。
并可知磨削工具上的单颗磨粒在磨削平面上的运动轨迹为纵向的正弦运动和砂轮线速度横向的直线运动的合成运动轨迹，因此相对于普通磨削（无超声振动），磨粒在工件表面刻划出的痕迹较长。
陶瓷叶片型面超声磨削数控装置研制
Ａ ｒｎ ｕｉｓ Ａ ｔ ｎｕｉｓ Ｎ ｎｉｇ １０ ６ ＨＮ） ｅｏ ａｔ ＆ ｓ ｏ ａｔ ａｊ ０ １ ，Ｃ ｃ ｒ ｃ ｎ ２
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关键 词 ： 超声 磨 削 陶瓷 中图分 类号 ： Ｂ ５ Ｔ ５９ 叶片 平 行 直纹 面 文献 标 识码 ： Ａ
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｈ ｖ ｌｐ ｎ ｆｔ ｅ ＣＮＣ ｖｃ ｆＵｌａ ｏ ｉ ｒ ｄ ｎ ｈ ｒ ｃ ｆＣｅ ａ ｃ Ｂｌｄ Ｄｅ ｉｅ ｏ ｔ ｓ ｎｃ Ｇ ｉ ｉｇ ｔ ｅ Ｓｕ ｆ ｅ ｏ ｒ ｍｉ ａ ｅ ｒ ｎ ａ
功率超声车削加工装置的设计与仿真分析
图l 纵向功率超声振动车削装置
图2纵向超声振动车削装置工程图
★来稿日期：20I呻2—22★基金项目：山西省自然科学摹会( 2()070l 1071) ．教育部莺点实验室基金( JMTZ200701)，
山西省教育厅( 2 008 020 5zx ) ，太原市20 09科技项目
根据振 动学的知 识，在没 有外力的情 况下，来 确定系统 的固
有频率微分方程：【肘J{ 言} +fK】f艿J=0
( 1)
系统总体刚 度矩阵和总体质量 矩阵：
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总体质量矩阵由各个离散元素的质最矩阵组成，总体刚度
文章 编号：10 0l 一399 7( 2010) 12—0020 - 03
机械设计与制造
Machi ner y Desi gn & Manuf act ur e
第12期 2010年12月
功率超 声车削加工 装置的设 计与仿真分 析母
赵亮祝锡晶 陆志猛 ( 中北大学机械工程与自动化学院，太原030051) The des i gn of pOwer uI t r aSoni c Vi b r at i on deVi Ce f Or t ur ni ng a nd Si muI a t i On a na l ys i S
表1使用两种方法得到的固有频率比较
图l O功率超声振动车削系统的位移云图
由分析 可知，一 阶模态时 ，装置的振 动情况最 符合加工 的要 求，整个系统的共振频率为18 ．236 KHz，比预期的设计要求稍小，由
超声振动钻削装置设计
所在专业审查意见：
系部意见：
负责人： 年月日
系领导： 年月日
一、设计原始数据： 普通钻床 Z535 改装成超声振动钻床。 二、设计任务： 1．变幅杆的设计计算； 2．换能器的选择其它零件的结构设计； 3. 弹簧夹头设计； 4．超声振动钻削装置的总装设计。 三、工作要求： 1.毕业设计说明书一份（不少于 1 万字）
（设计要求，方案比较，计算部分，结构特点、参考文献） 2.图纸（折合后不少于 1.5 张 0 号图纸）
河南机电高等专科学校
毕业设计（论文）任务书
系 部：
机械工程系ຫໍສະໝຸດ 专 业：机械制造及自动化
学生姓名:
学 号:
设计(论文)题目：
超声振动钻削装置设计
起 迄 日 期: 2013 年 12 月 22 日~2014 年 4 月 24 日
指 导 教 师:
2013 年 12 月 22 日
毕 业 设 计（论 文）任 务 书
1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：
本毕业设计课题来源于科研。 通过本设计使学生掌握超声振动钻削装置的设计理论与设计方法，培养学生独立分 析和解决工程实际问题的能力，培养学生查阅科技方面资料、使用各种标准手册以及自 学和独立工作能力，并锻炼学生理论联系实际，综合运用知识的能力。
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、 工作要求等）：
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超声磨削装置摘要带有旋转的超声磨削加工是在原有机械加工磨削的根本原理上，将超声加工的振动和磨削器械混合到一起的新型式加工的方法。
该方式保存了原有机械磨削的某些好的特点，有了超声振动的参与，能极大地提升加工时的工作效率，更能对难加工材料磨削表面质量有所改善。
这篇论文的意义是研究出旋转超声磨削装置结构，使用这个装置从事一些加工实验。
全文主要内容概括如下：探讨分析旋转超声磨削机构这个装置，材料如何除去的原理。
这个装置中去除材料的原理有相同时间具备冲击（磨具上的磨粒对工作件表面的高快速撞击）和磨蚀（旋转的磨削加工工具和进给中的运动可以变为模型化为磨削加工的过程）的作用。
研究并制作一种新型式的旋转超声磨削装置。
该结构装置能安装在不同种类的机床上，进行旋转超声磨削加工对常规表面和某些较多样型面的材料。
关键词超声加工意义；旋转超声磨削；结构设计与校核Ultrasonic grinding deviceAbstractRotary ultrasonic grinding is a new machining method that combines ultrasonic vibration with grinding tools in the basic principle of the original mechanical grinding. This method saves some of the good features of the original mechanical grinding. With the participation of ultrasonic vibration, it can greatly improve the working efficiency and improve the quality of the grinding surface of difficult to machine materials. The significance of this paper is to study the structure of a rotating ultrasonic grinding device and to do some machining experiments with this device. The main contents are summarized as follows:The principle of how to remove material of rotary ultrasonic grinding mechanism is discussed. The material removal principle of this device in the same time (with the impact of abrasive abrasive on the work piece surface high impact and abrasion (fast) rotating grinding tool and feed movement in can be modeled as process of grinding) role.A new type of rotary ultrasonic grinding device is studied and fabricated. The structure can be installed on different kinds of machine tools, and rotary ultrasonic grinding is applied to conventional surfaces and some kinds of materials with various shapes.Keywords Ultrasound processing significance，Rotate ultrasound grind，Structure design and checking目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 超声的发展史 (1)1.1.1 超声发展简介 (1)1.1.2 国外发展 (1)1.1.3 国内发展 (2)1.2 超声加工的原理及特点 (3)1.2.1 传统超声加工 (3)1.2.2 旋转超声加工 (4)1.3 超声加工陶瓷的意义及前景 (5)1.4 本章小节 (5)第2章工程陶瓷材料的使用价值及加工技术 (6)2.1 结构陶瓷 (6)2.2 陶瓷基本复合材料 (7)2.3 功能陶瓷 (8)2.4 本章小结 (10)第3章装超声磨削装置的结构设计 (11)3.1 超声加工设备及其组成部分 (11)3.2 初步结构设计 (11)3.3 结构的比较 (13)3.4 最后结构的确定 (16)3.5 本章小结 (17)第4章装置中的各部件的设计及校核 (18)4.1装电机的计算与选择 (18)4.2 变幅杆的设计 (20)4.3 压电陶瓷的选择 (22)4.4轴强度的较核 (23)4.5 键的校核 (25)4.6 本章小结 (26)第5章超声磨削与环境保护 (27)5.1 目前我国环境现状 (27)5.2 超声加工对环境影响 (27)5.3 本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A (32)附录B (38)第1章绪论1.1超声的发展史1.1.1超声发展简介近年来科学水平的快速提升和飞机火箭等加工的需要，难加工材料使用越来越多如1Cr18Ni9、复合材料、工程陶瓷等，它们的特殊性质使其制造加工有些费力。
例如，在海洋里使用的零件一般用的是不锈钢，但是不锈钢加工很困难费时费力，切削不锈钢过程当中切削损耗功率多，切削时温度很高，而且还有表面质量较低的加工工件。
又如飞机火箭上的发动机重要零件经常采用T、Ni合金等先进构造材料，而钛、镍这些复合材料加工切削又不是很好，主要体现在它们的热硬度和热强度很高，所需切削力强，对加工时使用的工件、刀具被损害很大。
比如使用工程陶瓷的航天飞机，这种材料强度硬度脆性都很高，所以无论是加工还是成本都很高。
此类复合材料的应用普遍，对机械制造业给出了很多需要解决的新加工问题。
所以使用原有加工方式非常艰难，有些还加工不出来，因此新型的加工方式出现了那就是特种加工对它们的加工效果非常好。
而在特种加工方法中，有特有的优势的就是超声加工，因此使用的非常普遍。
超声波指的就是人耳听不到的动静。
通常来说可以被人耳听到的声波的频率范围约为16~20KHz。
因此，人们常把高于20KHz的声波称为超声波。
而在现实应用时，频率在16KHz以下的超声技术也被使用。
1830年莎汝特讨论了人耳能听到的频率使用了多齿的轮产生超声，但通常认为，首次真正产生超声的应是弗勾扥的气哨测验。
爆发第一次世界大战的时候，菈葛文发明了换能器，使用在水里的超声波，开始了真正的有效的研究超声具有的特点，如频率、波长、在固定路程内沿直线传导很好的束射性和方向性、并产生空化作用在液体中传播的时候。
总而言之超声技术使用的越来越普遍。
在一些高科技先进设备中发挥了不可替代的作用。
1.1.2国外发展1927年 ,美国物理学家悟㯖和路密斯做了超声加工实验，使用超声振动对玻璃板进行了加工。
1951年，美国的科恩制造世界第一台可用的超声加工机器 [1]1964 年，英格兰人莉葛发现了烧结或电镀金刚石刀具的旋转超声加工的方法，解决了有的超声加工深孔时加工速度低和精度差的问题。
在 70 年待左右美国在超声钻中心孔、声光整加工、磨削、拉管和焊接等部分，已进行了应用。
超声车削、钻孔、镗孔、已经用于试验性研发制造设备基本阶段；工业上已经应用超声振动切削系统，现在已有瓷材料微清除量精密超了一些标准。
美国拉斯加斯内和华内塔大学对ALO3声加工方法进行了探讨[2]。
他们发现了低撞击力会使陶瓷材料的结构发生改变和晶粒错乱，而高撞击力会是他的中心有了裂纹和凹的痕迹。
美国卡莎撕州的大学研究出了一种计算方法它是旋转超声加工陶瓷去除材料率的模式，确定了材料去除率和加工参数它们的关联。
这项研究对陶瓷材料旋转超声加工技术的发展起到了推动的作用。
巴西的研究人员对石英晶体的超声研磨技术进行了研究，发现石英晶体的材料去除率取决于晶体的晶向，研磨晶粒的尺寸影响材料去除率和表面粗糙度。
现在最好的加工设备之一是德玛基的超声波加工设备，进来研发生产了适合多种工件尺寸和加工任务的高速切削技术和五轴联动高速超声加工中心包括：①HSC20linear 紧密型高速加工，其特性是紧密型机构设计，轮廓精度，表面质量<0.2μm；自动换刀；②HSC20linear高速精密加工中心，其特点是：所有轴都是用高动态机能和高精度直线驱动技术，标配28000r/min 高速切削主轴HSK-A63，切削性能高，刀具使用时间长，花费少，表面质量好[3]。
1.1.3国内发展我国超声加工研究开始在20世纪50年代左右。
1960到1969年，中国研究生产出了加工小孔的超声机床，1973 年，在上海的一家工厂研制了CNM -2型超声加工研磨机床。
1984 年，中国科学院声学研究中心自主研发了超声旋转加工样品机床，该样品功率为 400W，工作频率为7～22k Hz，加工精度为：圆柱度0.03mm，圆度<0.005mm[4]。
清华大学完成研究出了数控化的旋转超声加工机床，其Z 轴进给控制数控系统、旋转控制旋转、控制自动频率跟踪等使其功能模块化。
天津大学对旋转超声加工方面也有着贡献，这就是机床分解成模块[5]。
河南理工大学自主开发了旋转超声铣头设备，该设备成为立式数控铣床的一种配件，在立式数控铣床上安装，拆装都很便捷。
大连理工大学也研制了基于分层清除技巧的超声铣削加工方式，生产开发了超声数控铣削结构机床，开始了使用超声加工技术数控加工工程陶瓷零部件的新道路。
在分层去除材料的技术思想上，解决了原有超声加工中工具消耗损坏严重且不可以在线上抵偿的问题。
河南理工大学对纳米复相陶瓷二维超声磨削对加工表面粗糙度的特点性探讨，二维超声振动磨削很大增大了复相陶瓷磨削的塑性加工面积[6]。
旋转超声加工技术在我国未来的发方向正在向高精度、微细化方向进展，很可能变成微电子机械系统技术的强化增补。
1.2超声加工的原理及特点1.2.1传统超声加工超声加工是运用工具端面做超声频晃动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成型方式加工原理如图1-1所示图1-1超声磨削的原理加工时工件与工具他两中间放入液体（水或煤油等）和磨料混合悬浮液并使工具用小的力压在工件上。