一区免费视频_亚洲精品成人av在线_久久99国产精品久久99果冻传媒_毛片网站多少

      摘　要：超聲波加工適合于加工硬脆材料。該文將旋轉(zhuǎn)超聲加工與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，在超聲振蕩、工具旋轉(zhuǎn)以及機(jī)床進(jìn)給３種運(yùn)動綜合作用下，以硬脆材料壓痕斷裂理論為基礎(chǔ)，分析材料的去除機(jī)理，建立材料去除量的數(shù)學(xué)模型，并通過實驗得出材料去除量與各工藝參數(shù)之間的關(guān)系。
 
      關(guān)鍵詞：超聲波銑削；數(shù)控旋轉(zhuǎn)；材料去除量；建模

      硬脆材料具有硬度高、脆性大、斷裂韌度低、彈性極限與強(qiáng)度非常接近等特點，加工性極差，不僅加工周期長，而且加工成本高，加工精度也不易保證，因此，硬脆材料是典型的難加工材料［１］。
 
      超聲波加工材料的去除機(jī)理和材料去除的數(shù)學(xué)模型，國內(nèi)外已對此做出了大量的研究工作，并對材料去除率建立了各種理論模型［２］。在傳統(tǒng)超聲波加工中，去除材料的原理主要是利用磨粒懸浮液中的磨粒通過高頻振蕩對工件材料進(jìn)行連續(xù)錘擊和懸浮液的真空壓力對工件材料進(jìn)行去除。但是隨著加工深度的增加，磨料懸浮液越來越難以進(jìn)入加工表面，加工效率降低，并且當(dāng)加工面積比較大時，磨料不能均勻地分布在加工表面，致使工具磨損不一致，并且工具頭需要根據(jù)工件的加工形狀來制做，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度低，加工效率也隨之降低，所以它不適合大面積工件的加工［３］。針對傳統(tǒng)超聲波加工中存在的工具制作復(fù)雜、工具損耗嚴(yán)重等問題，本文提出數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工技術(shù)，在前人研究的基礎(chǔ)上，基于壓痕斷裂理論，研究數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工的材料去除量理論模型。
 
     １　、數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工材料去除機(jī)理及數(shù)學(xué)模型
 
     １．１　材料去除機(jī)理
 
     數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工是將金剛石磨料顆粒燒接在工具頭上，利用傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)加工和工具軸向超聲振動的復(fù)合加工，并在數(shù)控機(jī)床上利用ＣＮＣ程序控制ｘ 軸、ｙ 軸、ｚ 軸移動，實現(xiàn)三維輪廓加工，如圖１所示。
 
     由于金剛石顆粒的形狀一般都不規(guī)則，存在許多尖角，當(dāng)金剛石磨粒作用于加工工件時，磨粒就像一個個小壓頭與工作表面接觸，產(chǎn)生中央裂紋和橫向裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到工件表面時，就會以脆性斷裂形式從工件脫落。

        
      圖１　數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工示意圖
 
 
     因此，數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工材料的去除是金剛石磨粒磨削材料和傳統(tǒng)超聲波加工材料去除的復(fù)合。在加工中同時具有３種去除材料方式：（１）沖擊隨著工具的旋轉(zhuǎn)，工具端面的磨料顆粒沖擊加工表面的不同地方；（２）磨蝕工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及工具的進(jìn)給運(yùn)動，使磨料顆粒在工件的表面刮擦出微小溝槽；（３）超聲波空化作用。
 
    根據(jù)壓痕斷裂力學(xué)，結(jié)合金剛石磨粒的實際運(yùn)動方式，建立單顆磨粒切削硬脆材料的材料去除過程和切削體積模型如圖２所示［４－６］。
 

    圖２　單顆磨粒壓力斷裂力學(xué)模型

    在圖２中，ＣＬ為橫向裂紋的長度，Ｃｒ為徑向裂紋長度，Ｃｈ為橫向裂紋的深度，ｗ 為單顆磨粒最大的穿透深度，ｄ 為單顆磨對角線的縮進(jìn)長度，Ｆｎ是單顆磨粒最大沖擊力。
 
     １．２　材料去量率模型的建立
 
     由壓痕斷裂情況可知，在工具旋轉(zhuǎn)超聲波加工中，每個磨粒可以看作一個小壓頭，當(dāng)側(cè)面裂紋擴(kuò)展至工件表面或兩相鄰壓痕的側(cè)面裂紋相遇時，就會產(chǎn)生碎片而將材料去除［７－１２］。由圖２可知，單顆磨粒去除材料的體積可近似看作一圓柱體，其體積為

      實際在數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工中，不光是工具在旋轉(zhuǎn)，工具頭也在以恒定的速度作進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)考慮工件以恒定的速度作進(jìn)給運(yùn)動時，工具上面的磨粒就具有３種運(yùn)動形式：隨工具運(yùn)動的超聲波振動、工具自身的轉(zhuǎn)動、與工件間的相對運(yùn)動，如圖３所示。圖３中，Ａ 是超聲波振幅，ｖｆ為工具頭恒定進(jìn)給速度，ｎ 為工具頭轉(zhuǎn)速，ｖｃ為切削速度，ｖｃｘ和ｖｃｙ是ｖｃ在ｘ－ｙ 面上的切削速度，ｖｅ為超聲波有效切削速度［８］。

       
  
     圖３　數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削中的３種運(yùn)動示意圖在圖３中，工具沿著ｙ 軸以恒定速度運(yùn)動，在不考慮超聲波情況下，單顆磨粒的切削運(yùn)動路線線長為

     式中，ｄ 是磨粒直徑，Ｓ 是工具頭面積，ｃ是磨料懸浮液的濃度。
 
    聯(lián)立式（１）、（６）、（７），得數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲銑削的總?cè)コw積為

     式中ρ為材料密度。
 
     由式（８）和式（９）可見，數(shù)控旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工對材料的去除率與超聲振動頻率ｆ、振幅Ａ、磨料大小ｄ、主軸轉(zhuǎn)速ｎ，工具恒定進(jìn)給速度ｖｆ有關(guān)。
 
    ２　、加工實驗
 
    為驗證旋轉(zhuǎn)超聲波銑削加工與傳統(tǒng)銑削加工對材料去除量的參數(shù)影響，我們進(jìn)行了兩者加工對比。加工設(shè)備是數(shù)控加工中心的ＶＣｅｎｔｅｒ－７０，超聲設(shè)備功率為６００
Ｗ，頻率為２０ｋＨｚ，振幅為０．１２ｍｍ，磨料數(shù)為５００。系統(tǒng)集成如圖４所示。加工材料為模具鋼，刀具直徑為５ｍｍ。

     
     圖４　超聲系統(tǒng)
 
   
   （１）主軸轉(zhuǎn)速相同的情況下的對比如圖５和圖６所示。從圖５中可看出，傳統(tǒng)銑削加工隨著轉(zhuǎn)速增加，材料去除量卻呈下降趨勢；而旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工在主軸轉(zhuǎn)速增加時，對材料的去除量也略有增加，但并不明顯，很明顯旋轉(zhuǎn)超聲銑削對材料去除量要大于傳統(tǒng)銑削。在圖６中，傳統(tǒng)加工的表面粗糙度值是隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加而降低，而在旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工中卻是隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，這也說明了在超聲銑削加工中并不需要高的轉(zhuǎn)速。在兩者的粗糙度值對比中，旋轉(zhuǎn)超聲銑占有絕對優(yōu)勢。

     圖５　主軸轉(zhuǎn)速相同時對材料去除量的對比

     圖６　主軸轉(zhuǎn)速相同時對加工表面粗糙度對比

    （２）進(jìn)給速度相同的情況下的對比如圖７和圖８所示。從圖７中可看出，在相同主軸轉(zhuǎn)速下對材料的去除量都是隨著進(jìn)給速度的增加而增加，但是，很明顯旋轉(zhuǎn)超聲銑削對材料去除量要大于傳統(tǒng)銑削。在圖８中，在傳統(tǒng)加工中，在恒定主軸轉(zhuǎn)速中隨著進(jìn)給速度增加，對粗糙度值都是一直增加的，在一定高的主軸轉(zhuǎn)速時會呈下降趨；但是在旋轉(zhuǎn)超聲銑削中卻是隨著進(jìn)給速度的增加表面粗糙度值都是增加的，這也說明了，在旋轉(zhuǎn)超聲銑削中并不需要高轉(zhuǎn)速。在兩種加工方式中，對加工表面粗糙度值，旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工明顯要比傳統(tǒng)加工方式要有優(yōu)勢的多。

        
     
      圖７　進(jìn)給速度相同時對材料去量率對比
 

     ３、　結(jié)論

     通過旋轉(zhuǎn)超聲波與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合對材料加工機(jī)理分析，推出各種加工藝參數(shù)，建立數(shù)控旋轉(zhuǎn)銑削對材料去除的數(shù)學(xué)模型，很好地反映了材料去除量與各項參數(shù)之間的關(guān)系。通過實驗對比，反映出在相同條件下，旋轉(zhuǎn)超聲波加工無論是對材料的去除量，還是對加工表面粗糙度都優(yōu)于傳統(tǒng)加工，但是，具體最優(yōu)化加工參數(shù)還需要通過大量實驗來獲得。