基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

作     者：余德平 张敏 黄玮海 刘金光 姚进 陈东生 YU Deping;ZHANG Min;HUANG Weihai;LIU Jinguang;YAO Jin;CHEN Dongsheng

作者机构：四川大学制造科学与工程学院四川成都610065 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(51405313) 中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室资助项目(KF15002) 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2018年第50卷第2期

页      码：170-176页

摘      要：超声椭圆振动切削技术(ultrasonic elliptical vibration cutting,UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时,对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时,可通过调节施加电压的幅值和相位使得刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。

主 题 词：超声椭圆振动切削 有限元分析 柔性铰链 谐振频率 

学科分类：0810[工学-土木类] 07[理学] 08[工学] 070206[070206] 070104[070104] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.15961/j.jsuese.201700360

馆 藏 号：203284879...