超声椭圆振动切削装置应用研究综述

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作者 刘志鹏 付秀丽 +3 位作者 蒋振峰 梁新宇 潘延安 潘永智 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第4期87-95,共9页

超声椭圆振动切削(ultrasonic elliptical vibration cutting,UEVC)技术可以获得低表面粗糙度和不同形状的织构,为了满足不同加工需求已经设计并制造了多种类型的UEVC装置。按照激励方式不同对UEVC装置进行分类分析,归纳了谐振型与非谐... 超声椭圆振动切削(ultrasonic elliptical vibration cutting,UEVC)技术可以获得低表面粗糙度和不同形状的织构,为了满足不同加工需求已经设计并制造了多种类型的UEVC装置。按照激励方式不同对UEVC装置进行分类分析,归纳了谐振型与非谐振型UEVC装置椭圆轨迹产生原理,明确各类UEVC装置适用领域,并对UEVC装置进行总结和展望,为后续装置设计与优化提供方向。 展开更多

关键词 超声椭圆振动切削装置 变幅杆 精密加工 模态转化 激励方式

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基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

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作者 余德平 张敏 +3 位作者 黄玮海 刘金光 姚进 陈东生 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期170-176,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 超声椭圆振动切削 有限元分析 柔性铰链 谐振频率

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超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展 被引量：3

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作者 姜帅 付秀丽 +2 位作者 王振达 潘永智 蒋振峰 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期10-22,共13页

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的... 首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。 展开更多

关键词 超声椭圆振动切削 超声椭圆振动切削装置 加工性能 复合超声振动 双激励 单激励

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超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展 被引量：1

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作者 孙玉涵 张艺嘉 +2 位作者 杨延朝 蒋振峰 付秀丽 《制造技术与机床》 北大核心 2024年第1期100-107,共8页

超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势,已成为国内外研究及应用的热点,尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟,需要进一步地探索和实践。通过... 超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势,已成为国内外研究及应用的热点,尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟,需要进一步地探索和实践。通过超声椭圆振动切削机理、特性以及对加工表面质量影响因素的分析,阐明了其在加工中低切削温度、低切削力、低损伤、高尺寸精度以及良好表面完整性的独特优势,综述了在塑性材料、脆性材料、复合材料等难加工材料领域的应用,为后续研究超声椭圆振动切削技术提供了参考。 展开更多

关键词 难加工材料 超声椭圆振动切削 加工表面质量

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超声椭圆振动车削的切削特性 被引量：10

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作者 王桂林 李文 +1 位作者 段梦兰 张德远 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期415-419,共5页

为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系... 为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系。通过切削力和表面粗糙度试验对推导出来的结果进行了验证,试验结果表明有效减小切削力是超声椭圆振动切削加工应用的主要优势。 展开更多

关键词 精密与超精密加工 椭圆振动切削 超声 占空比 表面粗糙度

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新型单激励椭圆超声振动切削系统的研究 被引量：25

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作者 李华 张德远 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第22期1983-1986,1990,共5页

提出了一种新型的单激励纵弯复合椭圆振动切削系统的结构。通过理论分析揭示了实现振动方式转换的机理,提出了实现椭圆振动的条件和结构设计的方法。通过有限元动态数值模拟分析和实验验证了理论分析的结果。

关键词 激励 椭圆振动 超声 切削系统

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高频超声椭圆振动精密切削 被引量：12

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作者 王桂林 段梦兰 张德远 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2010年第3期53-56,共4页

研制了一种新型的工作频率为147.5kHz的超声椭圆振动换能器,进行了高频椭圆车削硬铝(LY12)的试验。试验结果表明,在精密切削中,同普通切削相比较,高频椭圆超声振动切削对表面粗糙度具有负面影响,但具有降低切削力和提高加工精度的特点,... 研制了一种新型的工作频率为147.5kHz的超声椭圆振动换能器,进行了高频椭圆车削硬铝(LY12)的试验。试验结果表明,在精密切削中,同普通切削相比较,高频椭圆超声振动切削对表面粗糙度具有负面影响,但具有降低切削力和提高加工精度的特点,而同低频(20.5kHz)椭圆振动切削相比较,在相同条件下,可采用较高的切削速度,从而提高了工作效率。 展开更多

关键词 椭圆振动切削 高频超声 精密切削 换能器

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超声椭圆振动精密切削 被引量：26

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作者 季远 李勋 张德远 《航空制造技术》 2005年第4期92-95,共4页

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同... 传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。 展开更多

关键词 椭圆振动 精密切削 加工表面 拉压应力 切削加工 超声振动 振动轨迹 切削技术 切削过程 加工精度 后刀面 刀具 切削力 摩擦力 前刀面 剪切角 工件 崩刃 切屑

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钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究 被引量：9

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作者 康仁科 宋鑫 +3 位作者 董志刚 潘延安 张园 鲍岩 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期321-328,共8页

目的研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础。方法设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工... 目的研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础。方法设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响。结果普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化。与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在10^(8) mm^(–2);亚表面的变质层厚度更小。结论相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性。 展开更多

关键词 钨合金 超声椭圆振动切削 表面完整性 表面粗糙度 微观组织 显微硬度 残余应力

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TC4钛合金超声波椭圆振动切削仿真研究 被引量：10

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作者 何俊 夏斌 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2013年第11期17-19,共3页

运用ABAQUS软件建立了TC4钛合金热应力耦合二维超声椭圆振动切削模型,并进行了超声波椭圆振动稳态切削的有限元仿真,得到了椭圆振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,并且与普通振动切削进行了对比分析,结果表明了椭圆振动切削的... 运用ABAQUS软件建立了TC4钛合金热应力耦合二维超声椭圆振动切削模型,并进行了超声波椭圆振动稳态切削的有限元仿真,得到了椭圆振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,并且与普通振动切削进行了对比分析,结果表明了椭圆振动切削的切屑变形系数、切削力更低,切削温度略有升高,从而说明超声椭圆振动切削可以进一步改善切削条件,有利于实现TC4钛合金高精度加工。 展开更多

关键词 TC4钛合金 超声椭圆振动切削 有限元仿真

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超声椭圆振动切削钛合金切削力特性研究 被引量：18

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作者 童景琳 卫官 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期208-215,共8页

利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力... 利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力,进而进行数据处理,分析两者主切削力对比情况和平均主切削力之差的变化。研究分析表明:在椭圆振动切削下,切削力减小比率随着切深的增加而减小,随着切削速度的增大而增大。最后进行试验验证,实验结论与仿真结果一致。对超声振动切削难加工材料钛合金时切削用量的选择提供了参考。 展开更多

关键词 超声椭圆振动切削 钛合金力-热耦合 切削力 切削用量 降低比率

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超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变临界条件研究 被引量：1

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作者 段鹏 焦锋 +2 位作者 赵波 李杰 牛赢 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2017年第7期1073-1078,共6页

为了实现硬质合金的高效延性加工,联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力,建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型,研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合... 为了实现硬质合金的高效延性加工,联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力,建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型,研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合金的硬度、断裂韧性与临界切削深度的关系;通过仿切削刻划试验,验证了切削速度与硬质合金的硬度、断裂韧性对临界切削深度的影响规律;对比普通切削,超声椭圆振动切削有利于提高硬质合金的临界切削深度,在改善加工表面质量及精度的前提下,提高了加工效率。 展开更多

关键词 硬质合金 脆性-延性转变 临界切削深度 超声椭圆振动切削

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并联式椭圆振动切削装置的设计与优化 被引量：3

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作者 林洁琼 管亮 +1 位作者 韩金国 卢明明 《机械设计》 CSCD 北大核心 2018年第5期53-59,共7页

现有的椭圆振动切削装置普遍具有运动耦合现象,这直接影响了椭圆振动切削装置的加工性能。文中设计了一种并联式椭圆振动切削装置,建立了该装置的运动学模型,揭示了装置形成椭圆运动的工作原理。对装置进行有限元分析,得出现有装置的静... 现有的椭圆振动切削装置普遍具有运动耦合现象,这直接影响了椭圆振动切削装置的加工性能。文中设计了一种并联式椭圆振动切削装置,建立了该装置的运动学模型,揭示了装置形成椭圆运动的工作原理。对装置进行有限元分析,得出现有装置的静力学性能。随后对该装置结构进行优化设计,优化后的装置解耦效果大大提高,利用响应面法对改进后的装置尺寸进行优化。通过对优化后装置进行有限元分析,对比了优化前后基体的最大行程和1阶固有频率,结果显示在保证刚度和材料许用应力的前提下,优化后的装置行程和1阶固有频率均得到了提高。相比于现有的椭圆振动切削装置,该装置实现了运动的解耦,大大提升了加工性能。 展开更多

关键词 椭圆振动切削装置 柔性运动机构 优化设计 有限元分析

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超声波振动切削装置实用设计研制法概要 被引量：1

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作者 阮世勋 《广西大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 1990年第2期31-39,共9页

本文简要介绍超声波振动切削装置设计研制的基本原则和实用设计研制方法。介绍了振动切削用发生器的性能特点及其保证方法,磁致伸缩换能器、变幅杆和弯曲振动杆等谐振元件的简便准确算法及设计、制造中的一些问题,可拆卸元件连接的基本... 本文简要介绍超声波振动切削装置设计研制的基本原则和实用设计研制方法。介绍了振动切削用发生器的性能特点及其保证方法,磁致伸缩换能器、变幅杆和弯曲振动杆等谐振元件的简便准确算法及设计、制造中的一些问题,可拆卸元件连接的基本原则和模式,谐振元、部件和装置的测试和试验方法。指出装置安装调试注意事项。对存在问题和努力方向作了探讨。比较系统地介绍了有关的文献资料。 展开更多

关键词 超声波振动切削装置 发生器 谐振系统 测试试验

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大振幅超声振动辅助高速干切装置设计开发与性能测试

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作者 黄雪峰 曹华军 +2 位作者 张金 宋阳 康信禛 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期14-29,共16页

超声换能器是超声振动辅助切削装置的核心部件,为研制适用于高速干切的大振幅超声振动辅助切削装置,需先设计研制超声换能器。基于考虑刀具的二级放大超声换能器设计方法,遵循“变幅杆-超声换能器”一体式设计理念,结合ANSYS有限元软件... 超声换能器是超声振动辅助切削装置的核心部件,为研制适用于高速干切的大振幅超声振动辅助切削装置,需先设计研制超声换能器。基于考虑刀具的二级放大超声换能器设计方法,遵循“变幅杆-超声换能器”一体式设计理念,结合ANSYS有限元软件的模态分析和谐响应分析结果,设计并研制了二级放大超声换能器。根据研制的二级放大超声换能器特性,系统设计并研制与其相匹配的超声波发生器、止转环、输电系统和刀柄壳结构。对二级放大超声换能器进行了阻抗分析和振幅测量等性能测试。对所设计研制的大振幅超声振动辅助高速干切装置开展实验测试分析,探究了其对难加工材料30CrMnSiNi2A加工表面质量的改善程度。结果表明:二级放大超声换能器纵向振动仿真结果与理论设计一致,二级放大超声换能器输出振幅稳定,在50%输出功率下纵振振幅为15.4μm,最大可达25.1μm,且输出振幅与功率百分比呈正相关,性能良好;所研制的大振幅超声振动辅助切削装置可大幅降低进给方向切削力和表面粗糙度,显著提高难加工材料加工表面质量,适用于难加工材料高速干切。 展开更多

关键词 二级放大超声换能器 有限元仿真分析 大振幅超声振动辅助切削装置 振幅 超声振动辅助高速干切

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椭圆超声功率切削驱动装置中的优化BUCK模型

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作者 陈明方 邹平 +2 位作者 何宇 吴昊 张永霞 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期18-24,共7页

针对椭圆超声功率切削驱动装置的BUCK变换器模型进行优化研究,充分考虑变换器中各元器件的寄生参数对模型的影响,同时对其中LC优化设计进行了较为深入的分析,设计出优化的变换器模型并制作出其对应的验证电路。对该模型中的两个重要传... 针对椭圆超声功率切削驱动装置的BUCK变换器模型进行优化研究,充分考虑变换器中各元器件的寄生参数对模型的影响,同时对其中LC优化设计进行了较为深入的分析,设计出优化的变换器模型并制作出其对应的验证电路。对该模型中的两个重要传递函数模型的BODE图进行了试验与仿真对比分析,结果证明该模型比较理想地反映了真实电路的动态性能,较好地指导了变换器的设计。 展开更多

关键词 超声功率切削驱动装置 椭圆振型 BUCK变换器 模型

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钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响 被引量：8

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作者 张明亮 姜兴刚 +2 位作者 刘佳佳 韩雄 张德远 《电加工与模具》 2017年第6期39-41,共3页

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激... 钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。 展开更多

关键词 钛合金薄壁件 超声椭圆振动切削 铣削 切削参数 切削力

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振动参数对超声椭圆振动切削的影响 被引量：1

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作者 李志 邵华 《工具技术》 2011年第9期15-19,共5页

基于超声振动切削原理和金属切削原理,利用有限元软件MSC/MARC建立了二维热力耦合正交切削有限元模型,对超声椭圆振动切削45钢的切削机理进行了研究,得到了切削温度及切削力的瞬时变化规律。

关键词 超声椭圆振动切削 有限元 切削温度 切削力

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超声波椭圆振动切削加工系统稳定性研究 被引量：1

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作者 张华 张飞飞 +6 位作者 卢博 詹海鹏 史永刚 强薇 张鹏 马杰 马春翔 《火箭推进》 CAS 2016年第3期81-85,92,共6页

切削加工系统的稳定性是影响零件加工质量的重要因素之一。通过建立超声波椭圆振动切削系统动力学模型,对超声波椭圆振动切削系统稳定性进行了分析,从理论上预测出超声波椭圆振动切削的稳定极限,并对其进行Matlab仿真,得出稳定极限图。... 切削加工系统的稳定性是影响零件加工质量的重要因素之一。通过建立超声波椭圆振动切削系统动力学模型,对超声波椭圆振动切削系统稳定性进行了分析,从理论上预测出超声波椭圆振动切削的稳定极限,并对其进行Matlab仿真,得出稳定极限图。最后介绍了高温合金材料弱刚度零件加工试验情况,证实了与普通加工系统相比,超声波椭圆振动切削加工系统处于分离状态时具有更高的加工稳定性,可以提高弱刚度零件的加工质量。 展开更多

关键词 超声波椭圆振动切削 系统稳定性 MATLAB仿真 加工质量

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新型超声振动切削装置研究 被引量：1

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作者 温任林 颜景平 《应用科学学报》 CAS CSCD 2000年第2期161-163,共3页

分析并计算了超声振动切削所需的功率 ,提出了采用高效的压电换能器以及直接驱动刀具振动的新型超声振动切削装置进行超声切削的新方法 ,实验结果表明 。

关键词 压电换能器 功率 超声振动切削装置

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