【技术】功率超声振动加工技术教材

【关键字】技术

南通大学

功率超声振动加工技术

院系：

专业：自动化

班级：

学号：

姓名：李芸

关键词：

振动加工、换能器发生机理、熔焊、功率超声车削、珩磨技术

引言：

超声加工（ultrasonic machining），起源于20世纪50年代初期，是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法。超声加工系统，由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中，功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范围。由于功率超声加工技术具有许多优点，与其他加工技术相比较，常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。

正文：

一、超声加工的基本原理

超声加工时，高频电源联接超声换能器，由此将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动，其根幅仅0．005~0．，再经变幅杆缩小至0．05~0．lmm，以驱动工具端面作超声振动。此时，磨料悬浮液（磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末。同时，由于磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空腔，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的。总之，超声加工是磨料悬浮液中的磨粒，在超声振动下的冲击、抛磨和空化现象综合切蚀作用的结果。其中，以磨粒不断冲击为主。由此可见，脆硬的材料，受冲击作用愈容易被破坏，故尤其适于超声加工。

由超声发生器产生的高频电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上（见图），将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆缩小振幅（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。

二、特点

①不受材料是否导电的限制。

②工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。

③被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。

④由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的应比被加工材料的硬度高，而工具的

硬度可以低于工件材料。

⑤可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加

工等。

超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、表面和等方面。超声打孔的孔径范围是0.1～90毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的尺寸精度可达0.02～0.05毫米。在采用W40磨料加工玻璃时可达Rα1.25～0.63微米，加工时可达Rα0.63～0.32微米。

⑥切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。

⑦大大节省能源，简化机床结构。

⑧提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。

三、超音波的熔焊应用方法

一、熔接法：

以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。

二、铆焊法：

将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。

三、埋植：

藉着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。

四、成型：

本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。

五、点焊：

A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。

B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。

六、切割封口：运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。

四、功率超声振动加工技术的应用

1.功率超生清洗

换能器将功率超声频电源所提供的电能转变为功率超声频机械振动，并通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射声波。由于功率超声的空化作用，浸在液体中的零部件表面的污物迅速被除去。

2.功率超声金属焊接

换能器将功率超声频电源提供的电能转换为纵向功率超声振动，通过变幅杆将位移振幅缩小传给焊头（又叫上声极或臂刀），由焊头将功率超生能量传至焊区。加压装置提供焊接时所需要的接触压力。

3.功率超声塑料焊接

功率超声频电源提供电能给功率超声换能器，换能器将电能转换为功率超声振动而传至变幅杆，变幅杆将位移振幅变换（缩小或缩小）后传至工具头，然后通过上焊件送到焊区。

4.功率超生车削

功率超声车削是在传统的车削过程中给刀具施加功率超声震动而形成的一种新的加工方法。以纵向振动功率超生车削为例，换能器将功率超声频电源提供的电能转换为功率超声振动，经变幅杆缩小后传递给车刀。

5.功率超声孔加工和磨削加工

①功率超声钻孔：纵向震动功率超声钻孔装置可以安装在卧式车床上，也可以安装在立式钻床上，但后者要求振动系统能够旋转。试验表明，用纵向振动功率超声钻孔时，轴向力和扭矩都比普通钻削有大幅度下降，降低了表面粗糙度，提高了加工精度，提高了钻孔的同轴度或垂直度。

②功率超生镗孔：试验表明，利用扭转振动在车床上进行功率超声镗孔，切削温度低，积屑瘤和鳞刺消失，刀具磨损小，能消除镗削的自激振动，过程稳定，提高了加工精度。

6.功率超声光整加工

以功率超声纵向震动系统为例，其由换能器、变幅杆、弯曲震动圆盘、挠性杆—油石座和油石组成。换能器将功率超声频电源提供的电能转变为功率超声纵向振动，经变幅杆缩小后传给弯曲振动圆盘、挠性杆再将弯曲振动圆盘的弯曲振动转变为纵向振动后传给油石座，油石座带动与其连接在一起的油石进行纵向振动，同时油石与直线往复运动叠加在一起进行功率超声珩磨加工。

五、发展趋势

超声机械

随着传统加工技术和高新技术的发展，超声振动切削技术的应用日益广泛，振动切削研究日趋深入，主要表现在以下几个方面。

1、研制和采用新的材料

在现代制造业中，、纯钨、镍基高温合金等难加工材料所使用的范围越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高。为了更好地发挥刀具的效能，除了选用合适的刀具几何参数外，在振动切削中，人们将更多的注意力转为对刀具材料的开发与研究上，其中天然金刚石、人造金刚石和超细晶粒的硬质合金材料的研究和应用为主要方向。

2、研制和采用高效的振动切削系统

现有的实验及实用振动切削加工系统输出功率尚小、能耗高，因此，期待实用的大功率振动切削系统早日问世。到目前为止，输出能量为4 kW的振动切削系统已研制出来并投产使用。在日本，超声振动切削装置通常可输出功率1 kW，为0.01～0.06 mm。

六、应用潜能

超声提取机

现代航空航天制造业已不是传统意义上的机械制造业，它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学和管理学等学科的最新成就为一体的一个新技术与新兴工业的综合体。航空航天制造工程的发展水平对飞机、火箭、导弹、激光武器和航天器的可靠性和使用寿命的提高，综合技术性能的改善，研制和生产成本的降低，甚至总体设计思想能否得到具体实现均起着决定性的作用。航空航天技术的发展对材料性能的要求愈来愈高，如比强度和比刚度高、有一定的耐高温和抗低温性能、有良好的耐老化和抗腐蚀能力、有足够的断裂韧性和良好的抗疲劳性能。因此，高温合金、钛合金、高强度钢、先进复合材料和工程陶瓷等材料得到了越来越广泛的应用。如碳基复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空领域获得了广泛的应用。截至2008年，波音B787飞机上复合材料的用量已突破性地达到了50%，其后空客公司制造的A350飞机上复合材料的用量也将达到52%。

再者，功能晶体材料由于其优异的物理、化学和光学性能在航空航天、国防军工、信息、微电子及光电子等尖端科技领域得到越来越广泛而特殊的应用。如何实现光学晶体材料零件的高效精密与超精密加工已成为当前各国关注的新焦点。

对于功能晶体材料零件，除要求满足机械尺寸精度外，还要保证零件的光学功能特性，传统的加工工艺流程（磨削后进行研磨和抛光）工序多、周期长、成本高，相应地产品废品率较大，特别是脆性光学零件的精密磨削加工，容易造成加工表面和亚表面损伤。大量理论和试验研究表明，由于超声振动的引入，材料在加工过程中的变形行为、加工机制和刀具受力状态等会发生完全不同于常规机械加工的变化，具有特殊的工艺效果，如切削力小、切削热少，因而不会或者较少引起加工表面的热损伤以及由此引起的电/化学及光学性质的变化，从而可显著提高零件加工质量，并且加工过程平稳，刀具的使用寿命得以大幅度提高，是脆性材料精密、高效加工的一种有效方法。而如何利用这些优势实现光学晶体材料的精密超声加工，降低加工表面和亚表面质量损伤，并没有得到充分有效的发挥和应用。

七、结束语：

功率超声振动加工技术作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。因其具有许多其他加工方式所无可比拟的优势（如提高速度、质量等等方面），相信随着超生加工设备的不断完善和理论研究的不断深入，它必将在我国科技进步和社会主义现代化建设中起到重要的作用。

参考文献：

1.王爱玲等，功率超声振动加工技术。北京：国防工业出版社，2007.

2.张云电。超声加工及其应用。北京：国防工业出版社，1995.

3.李详林等，振动切削及其在机械加工中的应用。北京：北京科学技术出版社，

1985.

4.吴福光等，振动理论。北京：高等教育出版社，1987

5.中国减速机网：

6.机电之家网：

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超声波加工技术

超声波加工技术 1.绪论 人耳能感受到的声波频率在20—20000HZ范围内，声波频率超过20000HZ被称为超声波。超声波加工（Ultrasonic Machining简称USM）是近几十年来发展起来的一种加工方法，它是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法，或利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料，又或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。它弥补了电火花加工的电化学加工的不足。电火花加工和电化学加工一般只能加工导电材料，不能加工不导电的非金属材料。而超声波加工不仅能加工硬脆金属材料，而且更适合于加工不导电的硬脆非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。 1.1超声波加工的发展状况 超声波加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干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。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将220V或380V的交流电转换成超声频电振荡信号；换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大；超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使工具以一定的能量与工件作用，进行加工。 超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。 早在1830年，为探讨人耳究竟能听到多高的频率，F.Savrt曾用一多齿的齿轮，第一次人工产生了2.44 HZ的超声波，1876年加尔顿的气哨实验产生的超声波的频 10

超声加工技术的概况及其未来发展趋势分析

超声加工技术的概况及其未来发展 趋势分析 梁玉鑫 材料科学与工程学院，1309101班，1130910113 摘要：结合了近年来超声加工技术的发展情况，综述了超声振动系统的研究发展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词：超声加工；超声振动系统；超声复合加工；微细超声加工；超声振动切 超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干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。 几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。 一、超声振动系统的研究概况及其应用 超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。东南大学研制了一种新型超声振动切削系统。该系统采用压电换能器，由超声波发生器、匹配电路、级联压电晶体、谐振刀杆、支承调节机构及刀具等部分组成。当发生器输出超声电压时，它将使级联晶体产生超声机械伸缩，直接驱动谐振刀杆实现超声振动。该装置的特点是：能量传递环节少，能量泄漏减小，机电转换效率高达90%左右，而且结构简单、体积小，便于操作。 沈阳航空工业学院建立了镗孔用超声扭转振动系统[1]，采用磁致伸缩换能器，将超声波发生器在扭转变幅杆的切向作纵向振动时在扭振变幅杆的小端就输出沿圆周方向的扭转振动，镗刀与扭振变幅杆之间采用莫氏锥及螺纹连接，输出功率小于500W，频率为16～23 kH z，具有频率自动跟踪性能。西北工业大学设计了一种可在内圆磨床上加工硬脆材料的超声振动磨削装置。该装置由超声振动系统、冷却循环系统、磨床连接系统和超声波发生器等组成，其超声换能器采用纵向复合式换能器结构，冷却循环系统中使用磨削液作为冷却液；磨床连接系统由辅助支承、制动机构和内圆磨床连接杆等组成。该磨削装置工具头旋转精度由内圆磨床主轴精度保证，结构比专用超声波磨床的主轴系统要简单得多，因此成本低廉，适合于在生产中应用。另一种超声扭转振动系统已在“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。主要用作电火花加工后的模具异形(如三角形、多边形)孔和槽底部尖角研磨抛光，以及非导电材料异形孔加工。该振动系统的换能器是采用按圆周方向极化的8块扇形压电陶瓷片构成，产生扭转振动。 二、超声加工技术应用研究

五轴加工中心培训课程

五轴加工中心培训课程 五轴加工中心培训课程 多轴（四、五轴）加工技术培训课程是三轴数控加工技术课程的补充和提 高，符合国家职业标准对于高级工和技师的要求? 二、培训目标 通过学习数控多轴（四、五轴）加工技术，使学员能够了解多轴加工的基础知识，会操作五轴机床。在专业技能上达到完成零件加工工艺制定、编制多轴加工程序、利用多轴仿真软件实现产品加工的安全保证、能使用多轴（四、五轴）机床加工复杂零件的能力。 三、培训时间：2个月 四、课程内容： （一）软件部分 1、UG NX多轴编程 2、MasterCAM多轴编程 （二）机床部分 1、四、五轴加工介绍，机床结构与运动关系，各种机床的加工特点，运用场合及优势； 2、定轴加工（3+2）在模具及零件加工中的应用； 3、NX软件刀具轴的控制方法； 4、四、五轴实例分析及案例讲解； 5、机床仿真； 6、（可变轴铣、外形轮廓铣）；

（1）多种刀轴设置⑵插补刀轴设置⑶ 垂直于部件 17、四、五轴联动工件铣削； 18、四、五轴机床的仿真加工； 19、独立完成加工与编程。 课程特点： （1）同时学习到四轴与五轴加工中心的编程与加工技术，课程更超值，学习效率更高； ⑵采用流行的数控编程软件，Mastercam、UG PM等,方便已有软件基础的学员进行学习； 多轴（五轴）加工培训大纲 一、培训课程性质 多轴（五轴）加工是数控加工技巧中很重要的一个部分，该项技巧在航空航天、汽车、船舶、医疗、模具、轻工、高精密仪器等制作领域得到广泛利用。随着对产品的要求千锤百炼：产品的结构形势日趋复杂，生产效率不断前进，数控机床的更新换代，控制数控多轴加工技巧已经突显出它的重要作用。然由于受到机床硬件前提和师资力量不足的限制，职业院校开设的数控加工课程内容多仅限于三轴加工、理论性比较强，很少涉及数控多轴加工的内容，实战内容比较少，所以使得很多学生不得不在参加工作以后才接触到多轴设备和实战经验。从而影响了他们的工作效率和企业的生产定单。为了满足企业加工需求，在数控教学、培训中开设数控多轴（五轴）加工技巧课程已是迫在眉睫。 多轴（五轴）加工技巧培训课程是三轴数控加工技巧课程的补充和前进，契 合国家职业标准对于高级工和技师的请求。该课程是奥林匹克数控多轴（五轴）加工技巧培训的必修课程，通过考核后，由浙江省机械装备制造技术创新服务平台培训中心颁发数控多轴（五轴）加工技巧培训证书；该培训为全国数控技巧大赛供给技巧支撑和保障。 二、培训目标 通过学习数控多轴（五轴）加工技巧，使学员能够懂得多轴加工的工艺知识，熟练操作四轴、五轴机床。在专业技巧上达到完成零件加工工艺制定、编 制多轴加工程序、利用多轴仿真软件实现产品加工的安全保证、能应用多轴机床加工复杂

超声加工论文

本科课程论文 题目超声加工的应用及发展 学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化年级**级 学号*************** 姓名****** 指导教师****** 成绩 2011 年 12 月 14 日

目录 摘要 (2) 关键词 (2) 一、超声加工技术的发展 (2) 二、旋转超声加工的特点及优势 (3) 三、超声加工技术在航空航天制造中的应用潜能 (4) 1 超声加工刀具基体材料选择 (5) 2 超声加工刀具基体结构设计 (6) 3 超声加工刀具磨料层的制备......................................................................... 6. 四结束语.. (7) 参考文献 (7)

超声加工的应用及发展 摘要：陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚石、宝石和先进复合材料等具有优越的物理、化学和机械性能，在航空、航天、军工、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且其应用还在不断向新的领域扩展。与此同时，人们开始探索特种加工方式来加工这些难加工材料。超声加工技术就是在此背景下发展起来的，实践证明，它是加工上述难加工硬脆材料的高效和经济有效的方法之一。 超声技术在工业中的应用开始于20世纪10～20年代，它是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。功率超声在机械加工方面的应用，按其加工工艺特征大致分为2类，一类是带磨料的超声磨料加工（包括游离磨料和固结磨料），另一类是采用切削刀具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工。 关键词：超生加工发展特点及优势应用潜能 一、超声加工技术的发展 1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。但当时超声加工并未应用到工业上，直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工（USM－Ultrasonic Machining）工艺技术描述以后，超声加工才吸引了大家的注意，并且逐渐融入到其他的工业领域。1951年，科恩研制了第一台实用的超声加工机，为超声加工技术的发展奠定了基础。 USM提供了比常规机械加工技术更多的优点。例如，导电和非导电材料它都可以加工，并且加工复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速。此外，超声加工过程不会产生有害的热区域，同时也不会在工件表面带来化学/ 电气变化，而且加工时在工件表面上所产生的有压缩力的残余应力可以增加被加工零件的高周期性疲劳强度。 然而，在USM中必须供给磨料工作液，并且要保证加工过程中能有效清除刀具和工件

超声加工技术的现状及发展趋势

超声加工技术的现状及 发展趋势 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

超声加工技术的现状及发展趋势 前言：超声波加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干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。超声波加工技术是一种涉及面广且更新快的机械加工技术。结合近年来超声加工技术的发展状况，综述了超声振动系统的研究进展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词：超声波加工、超声振动、声复合加工、应用、发展、 正文: 1、超声振动系统的研究进展及其应用 超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。 日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系

统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量，并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。实验结果表明，将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。 另一种超声扭转振动系统已在“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。主要用作电火花加工后的模具异形(如三角形、多边形)孔和槽底部尖角研磨抛光，以及非导电材料异形孔加工。该振动系统的换能器采用按圆周方向极化的8块扇形压电陶瓷片构成，产生扭转振动。 2、超声加工技术应用研究 深小孔加工 众所周知，在相同的要求及加工条件下，加工孔比加工轴要复杂得多。一般来说，孔加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。例如，切削液很难进入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。

五轴联动数控机床技术现状与发展趋势

五轴联动数控机床技术现状与发展趋势 摘要：介绍五轴联动数控机床在工业加工中的优势和重要性，从国内、国外两个方面阐述目前五轴联动数控机床发展的现状，最后从目前机床工业发展动态出发展望五轴联动数控机床的发展趋势。 关键词：五轴联动数控机床技术现状发展趋势 一、简介 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 二、国内外研究现状 陈则仕，张秋菊2005年提出一种五轴联动机器人运动学建模与仿真研究，探讨在VC ＋＋6．0集成编程环境下，调用OpenGL实现机器人的建模与仿真。对一种五轴联动机器人首先建立几何模型，对其正逆运动学问题进行分析求解，然后建立友好人机交互界面，对机器人示教再现过程进行模拟，最终实现让机器人走空间直线路径的轨迹规划仿真。该方法为五轴联动机器人研究开辟新的道路，为五轴联动机器人的实用化做好理论实践经验。 赵世田，孙殿柱，孙肖霞2006年提出基于UG／POST五轴联动加工中心专用后置处理器的研发，通过结舍UG／Post Builder后置处理器开发工具和上述后置处理算法，开发了该机床的专用后置处理器，并通过试验进一步验证了该后置处理器的正确性和实用性。 德国兹默曼公司2007年开发出FZ25龙门铣床，标志着Zimmermann（兹默曼）公司再次扩展了其高度专业化的五轴联动HSC龙门铣床的应用范围。FZ 25非常适合大工件的干式切削，尤其是轻型的复合材料的加工，例如碳纤维和玻璃纤维强化塑料、环氧树脂、亚安酯、聚苯乙稀等。 杜玉湘，陆启建，刘明灯2007年提出五轴联动数控机床的结构和应用，介绍了五轴联动数控机床的几种结构及其特点和发展趋势；阐述了几种五轴联动机床加工的加工造型、编程(CAD／CAM系统)及其优缺点；详细描述了五轴联动数控机床对数控系统的要求及四开公司五轴联动数控系统的关键参数；列举了四开公司历年来参展的五轴联动数控机床及现场加工工件的情况。 燕红波，杨庆东，刘芳在2007年提出五轴联动的数控加工技术的研究及应用，五轴联动加工以其高柔性,高复合性,优良的切削位置姿态赢得越来越多用户的青睐,但编程的抽象和操作的复杂已经成为提高数控加工技术的一大瓶颈问题.本文介绍了多轴联动数控加工中心的结构模型,提出了基于典型的CAD/CAM软件UG的多轴后处理方法和加工实例,并对某一新型的五轴联动机床阐述了其各轴的坐标变换关系,开发了后处理系统,为多轴联动加工方案的制定提供了参考。 李培楠，郭锐锋，黄艳等在2008年提出四元数五轴联动插补算法的研究，设计一种基于四元数五轴联动的插补算法，不仅简化了插补计算量，同时能够使刀具从一点平稳的运动到另一点，而且插补的轨迹更光滑连续．文章引入四元数理论，重点研究了四元数在构造数学模型和运动变换中的应用，并在Matlab中成功的进行了仿真．实验结果表明了该算法的可行性。四元数是最简单的超复数，那可不可以引入其他元数理论，产生的效果将会是怎么样呢？ 刘士玉,徐树洛在2008年提出五轴联动龙门加工中心现状与发展探讨，通过对五轴联动龙门加工中心现状的分析，总结了机床总体结构特点，找出了国内外机床在技术上的差距。

先进制造——超声研磨技术

超声研磨加工技术 摘要：本文介绍了一种基于新加工原理的先进超精密研磨技术——超声研磨。首先简要介绍了磨削技术的发展现状并通过加工模型简述了其加工原理；然后从加工工艺及加工设备等方面阐述了其加工特点；最后以其在模具行业的应用为例，从加工设备、工艺分析等方面进行了简要分析。 关键词：超声加工；超声研磨；超精密加工；先进制造技术 0、引言 随着汽车、航空航天等行业的发展，陶瓷、玻璃、硬质合金等材料应用日益广泛。这些材料硬度高、零件形状复杂、加工精度高，传统的磨削方式难以满足要求[1]。超声研磨不仅能加工脆硬金属材料，而且能加工玻璃、陶瓷、半导体等不导电的非金属脆硬材料，特别适合电火花加工或铣削加工表面的研磨，对电火花线切割加工表面的软化层和电火花成型加工表面的硬化层均能快速研磨，改善其表面质量。 1、研磨技术现状 相对于传统的研磨技术而言，目前，一些基于机械作用、机械—化学作用的超精密研磨技术以及液面研磨抛光技术的研究应用[2]，在超精密磨削方面取得了不错的效果。其中基于机械作用的弹性发射加工（EEM）兼有研磨和抛光的优点具有光明的发展前景。 然而，这些加工方法存在对加工设备及条件有特殊的要求；难以控制加工精度、表面质量等问题，如基于机械作用的弹性发射加工，需要高速高精度回转轴等，所以在实际应用中受到限制，达不到高的技术经济效果。 超声波研磨是功率超声在材料加工方面的一种重要运用，是一种非接触超精密研磨方法，具有加工表面质量高、精度高、切屑易处理、能很好地解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零件加工问题等一系列优点，如今已成为一种新型的先进制造加工技术。

2、超声研磨原理 2.1超声研磨理论模型分析 超声研磨是超声加工技术的一种特殊应用[3]，其基于传统研磨加工原理，在研磨工具上附加以超声振动，工具与工件间的磨料在结合传统研磨加工运动和超声高频振动共同作用下，不断滑擦、磨削加工表面，以实现材料去除的目的，图1为超声研磨原理模型。 图1 超声研磨原理模型 研磨工具的端面和工件表面保持一固定的间隙，在其间充以微细磨料工作液，当超声振动工具以一定的频率振动时，带动微细磨料冲击工件表面，从而对工件表面进行研磨。当工作台作平面运动或曲面运动，即可对整个工件表面进行加工[4][5]。 超声研磨时，大量的磨料以与超声振动相同的频率、脉动式的冲击被加工表面，除去或改造工件表面原有的损伤层，并在其下面构成新的损伤层(即表面加工层)。如果工艺参数(如超声发生器的功率，磨料的硬度、粒度，磨液浓度，间隙等)选择恰当，则可使新生成的损伤层更薄、更均匀，从而获得较佳的表面质量，实现超精密加工，理想的状况是获得接近无损伤的表面。 2.2超声研磨系统的关键 超声研磨加工技术在加工质量、加工精度、加工效率等方面都较传统研磨加工有很大优势，其关键在于超声研磨振动系统的作用。

功率超声振动加工技术教案

南通大学 Nan Tong University 功率超声振动加工技术 院系： 专业：自动化 班级： 学号： 姓名：李芸 关键词： 振动加工、换能器发生机理、熔焊、功率超声车削、珩磨技术 引言： 超声加工（ultrasonic machining），起源于20世纪50年代初期，是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法。超声加工系统，由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中，功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范围。由于功率超声加工技术具有许多优点，与其他加工技术相比较，常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。 正文：

一、超声加工的基本原理 超声加工时，高频电源联接超声换能器，由此将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动，其根幅仅0．005~0．01mm，再经变幅杆放大至0．05~0．lmm，以驱动工具端面作超声振动。此时，磨料悬浮液（磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末。同时，由于磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空腔，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的。总之，超声加工是磨料悬浮液中 的磨粒，在超声振动下的 冲击、抛磨和空化现象综 合切蚀作用的结果。其中， 以磨粒不断冲击为主。由 此可见，脆硬的材料，受 冲击作用愈容易被破坏， 故尤其适于超声加工。 由超声发生器产生的高频 电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上（见图），将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。 二、特点 ①不受材料是否导电的限制。 ②工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。 ③被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。 ④由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。 ⑤可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超 声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声打孔的孔径范围是0.1～90毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的尺寸精度可达 0.02～0.05毫米。表面粗糙度在采用 W40碳化硼磨料加工玻璃时可达Rα 1.25～0.63微米，加工硬质合金时可达Rα0.63～0.32微米。 ⑥切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。 ⑦大大节省能源，简化机床结构。 ⑧提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。

详解五轴联动数控加工编程与操作技术培训的发展前景

详解五轴联动数控加工编程与操作技术培训的发展前景 前景性发展分析 （中文学名：深圳卓越模具数控培训官网；英文学址：ｗｗｗ.0755ｕｇ．ｃｏｍ） 【内容摘要】目前cnc正向五轴cnc的方向发展.因为, 三轴已经不能满足现代化工业加工的要求, 加工复杂工件必须采用五轴才能达到加工要求,五轴cnc与三轴cnc相比, 它不仅能够满足用户的加工需求, 而且还可以帮助用户提高生产效率, 降低操作难度。五轴会慢慢取代三轴在工业加工的市场需求，五轴是未来的一个发展趋势。 【关键词】五轴数控 【文章分类号】Q34 【文章标识号】U19 五轴发展前景 目前cnc正向五轴cnc的方向发展.因为, 三轴已经不能满足现代化工业加工的要求, 加工复杂工件必须采用五轴才能达到加工要求,五轴cnc与三轴cnc相比, 它不仅能够满足用户的加工需求, 而且还可以帮助用户提高生产效率, 降低操作难度。五轴会慢慢取代三轴在工业加工的市场需求，五轴是未来的一个发展趋势。 而深圳卓越模具数控高级培训在cnc数控编程五轴教育培训中有着独特的优势，专门购进五轴联动机床实战，因此而吸引到了广大学员。深圳卓越模具数控高级培训负责人表示：五轴编程较三轴编程难点：首先，编程难度增加,三轴加工中心在加工时，刀轴方向是不会改变的，运动方式也有限，编程相对简单。五轴加工，由于刀具和工件的相互位置在加工过程中随时调整，刀轴方向不断改变，要注意干涉。其次，现在一般都用专门的编程软件进行辅助编程，我这里以UG为例；相对三轴，五轴加工编程很重要的两点：驱动方法和刀轴，这两项的设定很重要。另外，为完整切削要加工的面，避免过切或切削不完整，“指定部件”和“指定检查”也很重要。最后是，后处理，五轴比三轴复杂，要考虑的参数更多。所以,深圳卓越模具数控高级培训负责人建议大家如果想要学到真正的五轴编程技术，最好找个像深圳卓越模具数控高级培训这样负责任的培训机构进行学习。

完整word版,五轴联动加工中心

五轴联动数控机床 百科名片 五轴联运数控机床 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 目录 简介 五轴机床的种类 五轴联动加工中心 国外五轴联动数控机历史及现状 五轴联动数控机床系统 编辑本段 简介 装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了迫切的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公

司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。 编辑本段 五轴机床的种类 有摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90°B轴、NC工作台+45°B轴、NC工作台+ 通用卧式五轴联动数控机床 [1] A轴°、二轴NC 主轴等。 编辑本段 五轴联动加工中心 五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C 轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵

五轴加工的RTCP技术

五轴加工的RTCP技术【原创+整理】 一点儿背景 十数年前，一汽为模具加工招标五轴机床，据说当时去了不少国际大牌厂商，招标现场有外商提出他们的产品好，有RTCP功能，在坐的国内厂商和业内专家一时语塞，几乎无人知晓RTCP为何方神圣，最后还是国内最早从事数控研究的某高校知名教授现场指点迷津，才为国内业界挽回局面。但一直到十几年之后的“十一五”数控重大专项出台前后，RTCP概念才开始得到国内数控业界和学界的广泛关注。 差不多两年，一业内企业在媒体上高调宣称其具有自主知识产权的高端数控系统具有RTCP和极高段数的前瞻功能，问及RTCP和前瞻的精髓是什么时，也就噤声不语了，不知是不愿说，还是没法说。 今年年底“十一五”数控重大专项的高端数控系统的五家中标企业：华中、广数、高精（蓝天）、航天、光洋都将进行项目验收，届时RTCP将不可避免地称为验收的焦点之一，八仙过海，各显神通，验收原则上不会不过，但实效如何，国产的RTCP能否稳健走向市场，并为用户创造价值，大家仍需拭目以待。 个人对RTCP的理解 一台数控机床有五个联动轴并不能就此简单地称之为五轴机床，同样，一套数控系统能控五个轴，也不能就此声称为五轴数控系统，判断一台数控机床是不是五轴机床，一套数控系统是不是真正的五轴系统，首先必须看其是否具备RTCP功能，Fidia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的缩写，字面意思是“旋转刀具中心”，业内往往会稍加转义为“围绕刀具中心转”，也有一些人直译为“旋转刀具中心编程”，其实这只是RTCP的结果。PA的RTCP则是“Real-time Tool Center Point rotation”前几个单词的缩写。海德汉则将类似的所谓升级技术称为TCPM，即“Tool Centre Point Management”的缩写，刀具中心点管理。还有的厂家则称类似技术为TCPC，即“Tool Center Point Control”的缩写，刀具中心点控制。 从Fidia的RTCP的字面含义看，假设以手动方式定点执行RTCP功能，刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点将维持不变，此时刀具中心点落在刀具与工件表面实际接触点处的法线上，而刀柄将围绕刀具中心点旋转，对于球头刀而言，刀具中心点就是数控代码的目标轨迹点。为了达到让刀柄在执行RTCP功能时能够单纯地围绕目标轨迹点（即刀具中心点）旋转的目的，就必须实时补偿由于刀柄转动所造成的刀具中心点各直线坐标的偏移，这样才能够在保持刀具中心点以及刀具和工件表面实际实际接触点不变的情况，改变刀柄与刀具和工件表面实际接触点处的法线之间的夹角，起到发挥球头刀的最佳切削效率，并有效避让干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心点（即数控代码的目标轨迹点）上，处理旋转坐标的变化。 不具备RTCP的五轴机床和数控系统必须依靠CAM编程和后处理，事先规划好刀路，同样一个零件，机床换了，或者刀具换了，就必须重新进行CAM编程和后处理，因而只能被称作假五轴，国内很多五轴数控机床和系统都属于这类假五轴。当然了，人家硬撑着把自己称作是五轴联动也无可厚非，但此（假）五轴并非彼（真）五轴！ Fidia C20数控系统宣传样本关于RTCP的描述

超声波加工论文

超声波加工 摘要：超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域，特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播，频率为25kHz的波长约为200mm；而频率为500MHz的波长约为0.008mm。 超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同，例如c空气=331m/s；c水=1430m/s；

压电式超声振动系统开发设计

?机械制造?孔华?压电式超声振动系统开发设计 压电式超声振动系统开发设计 孔华 （南京理工大学械工程学院，江苏南京２１００９４） 摘要：针对压电式超声振动系统中换能器和变幅杆的设计公式及步骤复杂的问题，提出利用 软件的二次开发，在ＵＧ软件平台上研究振动系统的三维造型的方法。开发结果表明该方法 可以很好的解决压电超声换能器和变幅杆在设计过程中存在的问题，简化了设计过程，缩短了 新产品的开发周期。 关键词：超声加工；振动系统；变幅杆；ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ 中图分类号：ＴＨｌ２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—５２７６（２０１２）０４－０００７－０３ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＴｙｐｅＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ ＫＯＮＧＨｕ８ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＪＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｓｓｕｅｏｆｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓａｎｄｓｔｅｐｓｉｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓｕｓｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎＵＧｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｂｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｆｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ ０引言 ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ是ＵＧＳ公司提供的ＵＧ软件包中的一个模块，用于ＵＧ二次开发。其与Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ系统紧密集成，利用ＧＲＩＰ程序，可以完成与Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ的各种交互操作。与常见程序语言相同，ＧＲＩＰ语言有完整的语法规则、程序结构、内部函数，以及与其他通用语言程序的相互调用等。ＧＲＩＰ程序要经过编译、链接、生成可执行程序后才能运行¨？ 从２０世纪末开始，超声振动加工技术与其他加工方式相结合，在深小孔加工、拉斯模型腔模具研磨抛光、超声复合加工等领域广泛应用，解决了许多关键性问题，取得了良好的效果。超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。 压电式超声振动系统的换能器和变幅杆产品形状虽简单，但是设计公式及步骤却很复杂。为提高超声振动系统设计效率，提出软件的二次开发，在ＵＧ软件平台上研究振动系统的三维造型方法，应用ＵＧ开发工具ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ开发出超声振动系统ＣＡＤ模块，挂接在ＵＧ用户界面匕，实现ＵＧ用户化‘“。 超声振动系统模型设计 超声振动系统一般由超声换能器、变幅杆和加工工具等组成㈦。其总体设计思想是换能器和变幅杆两者参数匹配但分别设计，之后通过装配完成超声振动系统总体设计。 １．１压电换能器模型设计 换能器是利用压电材料在电场作用下产生形变的特性。其主要性能指标包括：工作频率、功率、机械品质因数、机电耦合系数、换能器的阻抗特性、频率特性、方向特性等。４ｏ。将压电材料做成片状，并在两面涂上银层作为电极，同时进行极化处理。当压电片两电极问加上电场时，会产生与交变电场同频率的交变形变，从而使压电片两面向外辐射声波。当外加电场频率与压电片固有频率相同产生谐振时，压电片振动最大，声辐射也最强烈。 压电片厚度方向逆压电效应表达式为 Ｓｏ＝ｄｏ÷（１） ｔｏ 式中，ｄｏ为沿厚度方向的压电常数；ｌ。为压电片厚度；Ｓ。为沿厚度方向的伸缩应变；Ｕ为沿厚度方向所加电压。 后匹配块、两压电陶瓷片、电极三者的厚度之和做成四分之一波长，前匹配块的长度做成Ａ／４或Ａ３／４，以使换能器的总长度为Ａ／２。后匹配块按照以下公式计算： ｔａｎ”寻［ｒ一等等］㈦ 其中：Ｚｏ２ＰｏｃｏＳｏ；ｚＩ２ＰｌｃｌＳｌ；≈２Ｐ３ｃ３Ｓ３；ｍ３２２；００＝ ｚ０ ２耵ｆｌｏ／ｃｏ；０３＝２仰３／ｃ３；Ｔ＝ｃｏｔＯｏ—ｋ２／吼 式中，Ｃ。为压电陶瓷片波速；Ｃ，为后匹配波速；ｃ，为电极 作者简介：孔华（１９８３一），男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向是引信技术与应用。 ＮｌａｃｈｉｎｅＢｕｉｌｄｉｎｇ８Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｊｕｎ２０１２，４１（４）：７～９?７?万方数据

五轴数控加工技术的现状

第七章其他相关领域研究进展 五轴数控加工技术的现状 高平王科社 （北京机械工业学院北京１０００８５） 摘要五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。 关键词五轴联动立式加工中心卧式加工中心 五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。但由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之ＮＣ程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。近年来，随着计算机辅助设计（ＣＡＤ）、计算机辅助制造（ＣＡＭ）系统取得了突破性发展，中ｙ多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁。 一、五轴联动数控加工的优点 与三轴联动的数控加工相比，对复杂曲面采用五轴联动数控加工有以下优点： １．提高加工质量和效率 五轴联动数控加工中刀具有更灵活的位姿，可采用平头刀，平头刀加工是以面带成形，可以保证高速切削，因而加工后的表面更连续光滑，五轴联动加工可以采用更大的行距和步距，因而效率更高。 ２．扩大工艺范围 有些形状复杂的零部件，如导风轮、发动机上的整体叶轮，由于叶片本身扭曲和各曲面问相互位置限制，加工时需要转动刀具轴线，否则很难甚至无法加工，在模具加工中的某些场合，只有采用五轴联动数控加工才能避免刀具与工件的干涉。 ３．适应目前数控机床发展的新方向——复合化 近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展，复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。 二、立式五轴加工中心 立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台 回转轴式（图１），设置在床身上的工作台可以环绕ｘ轴回 转，定义为Ａ轴，Ａ轴一般工作范围＋３００一一１２０。，工作 台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕ｚ轴回 转，定义为ｃ轴，ｃ轴是３６０。回转，这样通过Ａ轴与Ｃ轴 的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个 面都可以由立式主轴进行加工，Ａ轴和Ｃ轴最小分度值一般图１工作台回转的立式五轴加工中心为０．００１０，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等，Ａ轴和ｃ轴如与ｘ、Ｙ、ｚ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统

超声波加工的应用

超声波加工的应用及发展前景 摘要：随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术向着高精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。因此，特种加工作为一个时代强音等上舞台，它就具备了上述特点。超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域；超声加工的应用 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取