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1、数控雕刻机外文翻译（直接用,编辑好的本科毕业论文（设计）外文文献翻译设计题目：数控雕刻机总体设计译文题目：ReVieWOnUItTaSOniCmachining学院：机械工程学院一一专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2016年6月2日超声波加工综述T.B.THOE,D-K,ASPlNWALLandM.L.H.WISE摘要超声波加工适合切削不导电、脆性材料，比如工程陶瓷。与其他非传统加工，如激光束、电火花加工等不一致，超声波加工不可能导致工件表面热损伤或者显著的残余应力，这对脆性材料特别重要。超声波加工的基本原理，包含材料去除原理，各类操作参数对材料切除率、刀具磨损、工
2、件精确度要求都有叙述，并着重表述了在加工工程陶瓷上的应用，制造复杂的三维立体陶瓷的问题也在叙述当中。1概述超声波加工及其应用超声波加工是一种非传统机械切削技术，通常与低材料去除率有关，它并不被加工材料的导电率与化学特性所限制，它用于加工金属与非金属材料，非常适合于脆性大，硬度高于40HRC6-12的材料，比如无机玻璃、硅片、银、钛合金等等13-24,有了它，76Um的小孔也能加工，但是被加工的孔深度与直径之比限制在3比1之内8,12o超声波加工的历史能够追溯到1927年，R.W.Wood与A.L.Loomis发表的论文，1945年。有关于超声波的第一项专利给了L.Balamuth,现在超声波加
3、工已经分化很多领域，超声波钻削、超声波切削、超声波尺寸加工、超声波研磨技术与悬浮液钻孔法，然而，在20世纪50年代初只普遍明白超声波冲磨或者USM8,25,28,30,31。在超声波加工中，高频率的电能通过换能器/增幅器被转变为机械振动，之后通过一个能量集中装置被传送出去，比如变幅杆/刀具组件1,17,18,30,32o这导致刀具沿着其纵向轴线以振幅0-50m高频率振动（通常220KHZ）16,33,34,典型额定功率范围从503000W35不等，在某些机器上能够达到4kw。一个受控静负载被施加于刀具与磨料悬浮液（由研磨材料的混合物构成、比如碳化硅，碳化硼等等，悬浮在水或者油中）被泵传送到切削
4、区域，刀具的振动导致磨料颗粒悬浮在刀具与工件表面间，通过微型片冲击工件表面从而去除材料19。图1展示了设置USM使用磁致伸缩或者压电换能器钎焊与螺纹加工。基本的结构变更包含. 旋转超声波加工。刀具启动同时开始旋转，这样能够将圆柱度降低至传统超声波加工所达到的值的1341,典型回转速度约为300rpm,但若使用金刚石镶嵌刀具，回转速度可高达5000rpmo 超声波加工结合电火花加工16,18,20,26,34,36o 超声波辅助常规/非常规加工16,18,20,26,34,36o相关于传统的车削加工，超声辅助车学加工声称可减少加工时间、工件的残余应力与加工硬化,提高工件表面质量与刀具寿命12,3
5、6,42,45o 非加工超声波应用，比如清洁、塑料/金属焊接、化学制品加工、涂层与金属成形。1.1超声波加工技术应用于仿形加工很多超声波加工涉及一些用简单或者者复合的工具轴向穿透横截面进入工件的钻削，用于得到合乎要求的通孔与盲孔，三维的孔也需要（就是一个面上有不一致深度的孔），一个类同于开模的加工过程通常包含7,10,27,37,43,46-48,如图2,使用这种石墨电极技术的放电机能够在30分钟内成型零件,而不是用仿形铳削花20小时完成它2,4,49,50,使用复合刀具的问题在于它受加工面上相同加工效率与磨耗率，这些都会影响产品的成型，另外有一个更大问题，就是如何跟传统刀具相比最大幅度地发挥
6、复合刀具的性能。图2利用USM进行氮化硅涡轮叶片钻孔一种替代的方法是使用一种简单的“笔状”刀具与使用数控程序仿形，见图3o最近，使用这种技术的可行性已经引起关注同时已被一些国家研究，包含英国、法国、瑞士、日本等等26,52,一些CNC操纵回路的旋转超声加工系统己在市面上有售，比如来自ExtrudelIoneLimited（法国）的SoneX300,来自ErosonicAG（瑞士）的heErosonicUS400US800o图3利用USM加工碳纤维复合材料的加速杆、孔与外轮廓1. 2超声波加工陶瓷材料高性能陶瓷越来越多地被用于航空航天，工业与汽车电子行业的应用。它们为汽车阀与气缸套提供了许多比金
7、属的更优越的性能14,15,同时其良好的化学稳固性与高耐热性提高了燃气涡轮机应用中获得更大的热效率的可能性30,53,54o烧结氧化铝，碳化硅与氮化硅产品通常有大于1500HV的硬度，因此通常金刚石磨削是唯一可行/经济的加工零件至最终成形的方法，尽管这在加工包含圆柱形元件，平板与弯曲表面零件时是理想可行且易于同意的，但是当被加工表面具有更复杂的形状或者者其工作特性要求有特定的工件表面完整性时就会出现问题。大多数工程陶瓷是电绝缘体，尽管这可能是其功能上的优点，但在加工部分零件如陶瓷或者陶瓷涂层涡轮机叶片时就成了一个显著的缺点。相当多数量的金属依靠于大量使用非传统加工，比如电化学加工(ECM)与E
8、DM,前者被广泛用于生产翼型型材，后者则用于叶片冷却孔的加工。不幸的是，这两个加工过程都依靠于工件材料是导电的。在EDM中，工件需要具有小于100的QCm的电阻率16,26,33,55o关于加工过程中高应力集中的安全规定部件如涡轮叶片，其工件表面完整性是一个关键的特性，因此这类零件会特别使用陶瓷或者陶瓷涂层。加工过程中应尽可能减少最终成型表面/亚表面的损伤。所有传统的切削操作，如车削或者磨削都或者多或者少的会导致某些类型的表面损伤24,48,56o非传统加工过程也是如此，比如EDM或者激光加工(LBM)所依靠的热切削机制。举个例子，EDM会导致热表面区域产生最高达50m深的微裂纹55。与此相反
9、，超声波加工(USM)是一种不依靠于导电工件同时适合于陶瓷材料加工的非热过程。该方法可产生很少甚至没有表面/亚表面损伤或者施加特定的压力机制。尺寸精度可达5m36,最终表面的粗糙度Ra可实现0.51-0.76m37。对石墨，碳化硅与一系列陶瓷材料的USM数据来由GiImore6,Kremer33总结于表1中。2超声加工刀具的基本原理1.1 超声发生器generator)与超声换能器(TranSdUCerS)传统的发生器系统中，装配了变幅杆(horn)与刀具，通过机械调整其规模达到共振调谐，然而，最近共振发生器已实现其功能，它可自动调整输出高频率去匹配变幅杆/刀具组件的精确谐振频率6。它们能够也
10、习惯装配与刀具磨损的任何微小错误，给出最小声波能量损耗与非常小的发热性33。供给的功率取决于换能器的大小35。有些超声发生器的设计带有安全特性，如在变幅杆断裂,变幅杆/刀具接头故障等17,31,33情况的自动开关。TableI.Datafromvariousmaterialsultrasonicallymachinedusing320meshabrasive6,33.WorkpieceMaterialsHardnessHvSurfaceRoughnessRa(m)RecommendedAbrasiveMRR(mm3min)5mm0ToolMRR(mm5min)10nnn0ToolGraphit
11、e651-2SiCZB4C164224SiliconOxide5000.85SiCZB4C3950Aluminiuml00.9SiCZB4C7.69.3OxideZirconiaHOO0.75B1C0.653.1Sialon15000.4B4C1.21.8SiliconCarbide24000.3B4C0.63.5换能器的振动在纵向或者压缩模式。在工业中的应用，不论磁致伸缩12,26,40,57或者是压电装置35,39都会使用，是由于它的低Q值（Q是一个能量峰值锐度的度量），磁致伸缩换能器同意振动通过很宽的频率传输带传输（比如，20KHz的发生器为17-23KHZ）58.它也同意变幅杆有更大的
12、设计灵活性同时能够习惯刀具磨损。此外，变幅杆还可重复设计/加工几次而不可能有临界振幅缺失4,30,46o磁致伸缩换能器要紧的缺点是其高电力缺失（比如电涡流缺失）与低能量效率（约等于55%）40,这些缺失以热的形式出现，换能器务必空冷/水冷而且换能器的体积庞大笨重，而且，相比于压电型，该换能器不适于产生高强度振动59,60,典型的压电换能器26,42,53,61由两盘错钛酸铅或者其他合成陶瓷构成62,其厚度通常不到超声波换能器总长的10%63o压电传感器有更高的能量效率（约等于9096%）,因此不需要任何冷却18,28,59o它不易产生热损伤，同时更容易习惯旋转操作61同时更容易安装。2. 2、
13、超声变幅杆与刀具组件变幅杆被称之声耦合器，速率/机械转换器，刀架，集中器，桩模块或者超声波发生器，见图4o换能器表面的振幅过小（0.001-0.01UnI）而无法达到合适的切削率，因此，变幅杆可作为放大设备。对每种变幅杆材料65来说，其最佳调谐都是不一致的，因此需要操纵高机械Q值、良好的焊接与钎焊性、良好的声传输特性、在高工作振幅下的高抗疲劳特性，同时也应耐腐蚀与有足够高的强度来附加螺纹附件，蒙乃尔铜银合金，钛6-4（IMI318）,AISI304不锈钢，铝与铝青铜合金是常用的材料1,4,20,40,64-67o该刀具的设计应该能提供在给定频率的波腹内的最大振幅61,所使用的材料应具有高耐磨性
14、、电阻性，较好的弹性，抗疲劳强度同时有该应用下最佳的强度与硬度16,27,64o碳化鸨，银器钢铁，蒙泰尔铜银合金，是较常用的刀具材料。多晶金刚石（PCD）近来被用于加工非常坚硬的工件材料，比如热等静压氮化硅68o刀具能够通过敢接或者钎焊，螺纹/锥度配合连接到变幅杆，另外，实际刀具的结构能够被加工在变幅杆的末端14,27,35,66,70,71,螺纹接头由于换刀的快速与易用被照例使用，然而，还是存在些问题，比如自松动，声功率损耗，疲劳失效等72。但使用开孔刀具进行深孔钻时，通过变幅杆与刀具的中心进给磨料的能力是一个很大的优势，能够因此减少侧向摩擦力27。3. 3刀具进给的推进机制与磨料供给系统刀
15、具通常经由配重/静态重量，弹簧，气/液或者电磁进给系统施加静态负载使之置于工件之上16,26,27,40,73,为获得最佳效果，加工时系统应保持相同的工作力方向，同时保持对切削方向阻力的足够的敏感性16,40。施加的力务必认真选择，由于若设置太低就无法达到最大的切削速度，若设置太高则会导致刀具与磨料之间的干扰3,70o比较有代表性的静负载值约为0.1-30N,钻直径小于0.5mm的小孔时的力要特别注意，在太高的负载下有可能导致刀具弯曲。图4.各类带/不带刀具头的变幅杆69悬浮液通常是在刀具表面由泵喷射出，吸出，或者二者相结合，正如图5中所示13,16,28,40,74o它是变幅杆、刀具，工件的
16、冷却剂，为切割区域提供新的磨料，从切割区域清除碎屑2,25,27,28,悬浮液同时也提供了刀具、磨料与工具间的声结合，同意高效的能源转换，横向进给的管道是与变幅杆的波节面相连接（相邻），以此来避免阻尼的影响16,27。最普通的磨料材料常用氧化铝，碳化硅，碳化硼，等等4,12,24,27,37,75-78,磨料输送媒介应操纵低粘度同时接近磨料密度，良好的湿润性，较好与较高的热导率，高效的高温冷却性,亲水性,尽量满足这些要求3,26,28o图5.悬浮液传输方法13,16,28,40,743材料去除原理Shaw35,Miller79,Cook80,Rozenbergetal.7andothers22
17、,23,43,60已经对材料去除原理做了大量的工作，这些原理在图6中有全面叙述，其包含了： 直接锤击工件表面的研磨颗粒所导致的机械磨损10,28,34,35,37,40,50,60,70,81; 冲击自由移动研磨颗粒所产生的微小碎屑28,35,37,50,70,81,82; 来自研磨悬浮液的气穴现象效果 与流体有关的化学作用上述机理的单独或者联合作用通过切变13,36,70或者断裂（对硬性材料或者加工硬化材料）13去除工件材料，材料的去除是在表面上，不需要移动，同时表面上有短暂的塑性变形13,36O多孔材料如石墨与硬化钢与陶瓷相反，关于材料去除来说，气蚀具有重大的奉献10,23,28,35,3
18、7,81,Markov21等人27,35认为气蚀与化学效应是第二大重要性，多数工件材料作用本质上是削弱工件表面，协助磨料循环利用与排除碎屑,在RUM中，Komaraiahetal.83与Enomoto84发现在脆性材料中赫兹裂缝的形成所要求的静负载要小于滑动缩进。图6USM材料去除原理81.3.1各类操作参数对材料去除率的影响在加工前能够通过加速器10,电涡流探针30,85,激光多普勒测量仪（dopplermeter）86,激光斑点干涉仪58测量超声刀具振幅,通过使用高转化率刀具，如换能器直径比率27,39,获得高频振幅，理想情况下，为了优化切割速度3,4,6,10,13,24,49,66,振
19、幅应该与粗磨料平均直径相等，Shaw35认为了MRR8g3，其他研究者77,79,87认为MRR,也有部分人认为频率与静负载恒定时MMR8&2。通常的，当刀具振动的幅度增加时MRR增加（其他变量不变）40,77,尽管如此，还是存在一个使MRR降低的振幅水平，如图7所示。一些作者6,27,75认为，MRRXf?直到f为400Hzo在更高的频率（直到5kHz）,频率与MRR被发现存在线性关系，超过一个上限值后，MRR迅速下降，Rozenberg等人7与Kainth等人22认为，在实际操作中，其他参数不变,静态负载从零增加,MRR与静态负载存在近似线性关系。超过一个最佳值后，由于到达变幅杆/工件相接
20、面的磨料颗粒大小的减小与悬浮液循环不足7,16,26,43,60,75,88,90,MRR也随之减少，最大加工速度的最佳静负载被发现是取决于刀具结构（比如横截面积与形状）与磨粒平均尺寸，如图8所示，Kops92说明，使用一种小于最佳值（基与MRR）的静负载，能够更好地减少磨料磨损与提高刀具寿命。1234图7振幅与穿透速度的影响磨料硬度应该比工件材料高，通常，更大的磨料尺寸25,19,27,35,70,93与更高的悬浮液浓度3,13,23,28,59,66,81能够达到更高的MRR,增加磨粒尺寸或者悬浮液浓度，能够达到最佳MRR值，其他方面的提高都难以使更大的磨粒到达切割区域5,7,10,40,
21、60,87或者使MRR下降，悬浮液浓度建议为30%1,13,27,59,77,87,94,Kazantsev74宣称无需提高磨粒尺寸或者机器功率，悬浮液的强制输送提高了USM的输出。与抽吸泵系统相比较，它产生了2-3次更高的MRRo就MRR而言，水的性能通常优于其他油类如苯与甘油水溶液,Pentland等地与其他国家发现提高悬浮液循环,气穴现象，污染物与堵塞效应能被减少甚至克服。尽管超声波加工同意工件材料可硬可软，但是脆性材料更适合用这种加工方法，硬性材料通过脆性断裂被切除而不是塑形断裂，像低碳钢这种塑形材料是通过塑形断裂切除的，在这种情况下，磨粒会容易被嵌进工件12,13,28,36,降低工
22、件材料断裂韧度或者者以杨氏模量的比率增加刀具的硬度讲导致更高的MMR25,41,55,84,如图9与图10,工件材料的机械性能与它的断裂形式关于它使用何种加工形式是很重要的。根据已有的报告显示，切削率跟刀具的形式与形状系数（刀具的周长与面积之比）成正比16,60,77,79o该刀具的形式是由耐悬浮液循坏定义，窄的矩形截面的刀具于具有相同面积的正方形截面的刀具相比，前者能产生较高的加工速率16,40,87率如图11所示,Goetze77报告称关于相同接触区域的刀具，周长较长的刀具更具有渗透率的上升空间，产生这个影响的要紧原因是磨料浆在加工区域充分发散由困难3,16,40,96o关于较小截面积的刀
23、具而言，如何在静载荷下调整出最佳加工状态变得非常重要，这会使得在相同条件下，切削率会更好(见图8)。有一些学者70,71,77,90研究出套料刀具最佳的条件是内部直径与外部直径之比大约为0.45,刀具的厚度下限是不小于5倍的磨粒粒度16,27o刀具材料的硬度影响MRR,刀具的磨损率，工件的精度等41。KOmaraiah97与其他等人已经研究出，各类刀具材料优劣排名如下l.Nimonic80A,2.牡鸨，3.银器钢，4.不锈钢，5.马氏体时效钢，6.钛，7.低碳钢，Neppiras27用了其他刀具材料给了如下排名1.鸨碳化物，2.黄铜，3.低碳钢，4.银器钢，5.不锈钢，6.铜，用金刚石做刀具能
24、表现出良好的材料去除特性与非常低的磨损率。U 二 eDu-E .ld UoQalu)d0.0150.0100.0050 02468103.64 KgStatic load, IbCWCEHHW图8在不一致截面下静负载与穿透速度的对比一 %eeM e-e0.020FractureToughnessMPam1,a图9影响陶瓷断裂韧度的USMMRR与相对磨损(55)C一 EC5EE) 乏50454035302520151050Review on ultrasonic machining1.282.363.878.113.26 (10-6)H/E图10不一致材料在USM & RUM下，不一致的H/E对
25、MRR的影响Pressure.Nm-2图11相同截面积的刀具的不一致形状对MRR的影响在旋转超声波加工中，刀具的旋转能增强MRR,工件的精度，在一些情况下还能减少切削力12,76,增加了刀具的寿命27.在相同条件下旋转超声波加工中MRR是用金刚石进行磨削时的6倍左右，是传统超声波加工的4倍，Komaraiahetal.83等人表示旋转超声波加工比传统超声波加工性能优越的原因能够用工件表面的压痕，工件与刀具之间的游离磨粒，晶粒之间的滑动接触来解释，关于旋转超声波加工，Prabliakar66与Komaraiah90等人表示较高的转速得到了较高的材料去除率，在通常情况下，最佳的钻孔深度应该是该刀具
26、直径的2到5倍之间，但是在悬浮液不断供给的条件下得到的16,87o4刀具磨损刀具磨损是超声波加工的一个重要变量，既影响材料去除率与孔的精度38,28,87,94,98,在超声波加工中，复合刀具的磨损图案可分为纵向磨损WL71,87,94,横向，侧向，径向磨损WD99,有些会出现气蚀与吸入磨损现象38,71,75,100o4.1各个运行参数对刀具磨损的影响Adithan71andVenkatesh38研究说明，刀具磨损在一个特定点时最大，这时MRR也是最大的，材料去除率下降超出了这个最佳静载荷点，当使用较硬较粗糙的磨粒时，刀具磨损趋于增大如图12所示，因此，相同截面积的刀具38,99o硬质磨粒如
27、碳化硼与软质材料如碳化硅相比，前者会导致更加严重的刀具磨损，刀具磨损也会受工件的硬度影响，也会被工件的韧性影响，那种性能变得坚韧的陶瓷不太合适用超声波加工，它会导致很高的刀具磨损量，它比常规陶瓷需要更高的加工速率6,101。假如刀具硬度增加是由加工硬化引起的，那么磨粒会进入刀具，从而导致工件材料去除率降低，此外，工件的偏移会更加严重，这样导致工件形成凸面，也会使刀具中心产生塑形变形，形成碟状，此外，研窕发现关于所有刀具材料而言刀具外缘的硬化程度最高，中间最小97.因此，比如黄铜与铜是不适合做道具材料，由于它们在大振荡与大振幅下会产生很多毛刺3,30,他们降低声波频率衰减应力波，使用硬质金属如碳
28、化鸨来降低塑形变形与刀具磨损量48o为了降低WL,H,与冲击力，像一些具有高价值的硬性材料如Nimonic80A),它的推荐参数如图13所示，H与notKi显著影响着WD97,要对所有刀具材料全面地评估WD与WL,建议使用Nimonic80A,t鸨，银钢3,97o伴随的孔的深度71与切削时间10,11的增加，刀具的磨损会成线性增加。5超声波加工对工件表面光洁度与粗糙度的影响超声波加工不可能明显的发热，这样能够避免局部发生热损伤与残余应力，磨粒粒度大小会显著影响工件精度与工件表面粗糙度4,23,26,36,40,73,82,94,在超声波加工中，降低粒度的大小能得到较低的表面粗糙度如图14所示，
29、加工孔的精度也会提高，孔的底部的精度会比孔内壁高2,5,7,60,86,102oDam等人认为当切削速度与切削深度降低的时候能得到更高的表面光洁度。提高表面光洁度的方法上面已介绍16,23,27,86,87,Kovachenko5与Kennedy16指出在孔底面加工一个平面是非常困难，由于在加工平面上悬浮液分布不均匀，导致刀具中心的有效磨粒减少，特别是工件是硬陶瓷，稍好的表面光洁度能够用硬度与粗糙度较低的材料获得2o.0*6mmd4mm6OOgrtD-Smmd6mm600gr,D*66mm28Ogra0D三8mmd6mm280grWorkpieceMaterial=GlassofToolMat
30、erial=MikjSteel/0.6-EE- JeBM 3.Total Time Of Drilling min图12.磨料粒度对刀具磨损的影响10 一Mild steel Titanium Maraging Stainless steel。Silver steel Nimonic 80A-EE- JeeMcou 一 Pn=6UO-JHardness X Impact Strength H.KiAbrasive=BoronCarbide心/图13.产品的硬度与冲击强度对刀具纵向磨损的影响(40 in)0.5巧.05.0 2 2 LL E=L-SS8unoJ 90ns100I180|280|3
31、60I500|700|9001402403204206008001000Gritsize图14.碳化硼的粒度大小对表面粗糙度的影响用超声波加工的孔的生产精度务必采取尺寸精度与形状精度面（圆柱度与锥度），入口的精度值是最大的，随着切削深度增加而增加，增加量相当于一个磨粒值的上线，直径长度的比值的增加会导致横向震动的增加从而造成更大的偏差,40,50OShaW35与其他研究者3,23,40,73,83研究说明通过降低磨粒大小，并抑制刀具的横向震动能增加静态载荷，从而减少了表面粗糙度，因此也能提高圆柱度与锥度，如图15所示，Adithan73等人发现得到的矩形孔的精度明显比用钻得到的高，如图16说明
32、具有高杨氏模量的材料更容易受非圆柱度影响。Static Load （kgfESssuPUnOJJO=O图15静负载对圆柱度的影响影响尺寸精度与形状精度的因素还有声学元件与超声波刀具的精度16,27,40,73。能够通过碳化鸨与不锈钢73,作为刀具材料，内部悬浮液循环23,73,86,负前角，细磨料16,23,27,40,87来减少锥度，增加刀具的震动幅度与使用粗磨粒能提高进入工件的穿透力，Kremer23等人发现超声波产生的石墨的原因是由于气穴现象面，污染影响了表面光洁度引起的。MarkOV87认为是表面粗糙度影响MRR,然而Konlaraiah说明各类材料的表面粗糙度在传统超声波与旋转超声波
33、加工均有表达，如图17在精加工中用机油代替水的操作被认为能增加表面光洁度，但却导致切削速率的降低16,23,27,40,87,工件哪里需要高精度，在加工阶段务必始终执行，尺寸精度为5m能够在很多材料中获得36,如图16所示，更细的磨粒能得到更低的表面粗糙度40。 Rotary USM0.125Porcelain(EE) SS8UPUOYO,DOEH/图16.H/E对圆柱度与MRR的影响悬浮液：180网状SiC,回转速度200rpm6变幅杆与刀具的设计变幅杆的设计理论与结构，很多学者都研究过,但是却还是不明了7,63,67,104-106,传统变幅杆的设计是基于一个考虑弹性力与惯性力的无穷小的平
34、衡微分方程，然后在其整合的情况下，元件与变幅杆能产生共振56,106,107,变幅杆的长度取决于工作频率，同时对能量放大器没影响，典型的设计包含：圆柱形，阶梯，锥形与指数型11,88,107,调谐从换能器这里结束，其中10T5毫米应要进行调谐16,25,40,65,107,108o然而，在助力器变幅杆，任何降低的情况下在长度务必做到使两端减小同样维持其正确共振。不遵守此规则将导致结点，从转变点换能器的前身支持，这将导致不必要的压力，最终导致变幅杆的故障。图17在USM&RUM下H/E对不一致材料的表面粗糙度的影响 Rotary USMConventional USM(EaSsuu6noo:OB
35、tns图18.根据音叉原理设计的变幅杆纵向与横向作用最近有限元分析应用到轴对称变幅杆的设计,该方法能够考虑到刀具的重量与用于浆料运输的全部孔与将其固定在换能器所需的谐振频率，有限元分析也评估工作应力是否在确定的安全范围之内67,Dam等人表示能够设计出一个变幅杆能将纵向超声波左右转换成纵向与横向作用，如图18,这种横向作用有利于轮廓形成。变幅杆的振动限制了直径小于100的小形状切削过程53,通常长度超过2-3mm的刀具会降低大约0.57kHz的谐振频率，但是当钻孔很深，这个孔的效率缺失会被刀具自身产生的共鸣所克服，通常推荐的刀具长度与直径之比应小于20比112,但是假如刀具的长度超过10mm,
36、那么变幅杆的重量应与刀具重要相同11,刀具设计的全面指导由Rozenberg等人完成。7总结1.USM的是一种不依靠于导电工件的非热过程，同时很适合于低延展性与硬度高于40HRC的工件加工。2 .USM被认为是一个应力与损坏自由的过程。3 .对轮廓USM推荐使用共振发生器，自动调整输出高频率去匹配变幅杆/刀具组件的精确谐振频率。它也能够习惯装配与刀具磨损的任何微小错误，给出最小声波能量损耗与非常小的发热性。4 .形状复杂的生产能够通过使用一个简单的工具造型与CNC雕刻来实现而非坚持用复杂的工具，然而，该工作区域只是在早期阶段。5 .变幅杆材料应具有较高的机械Q值，良好的焊接与钎焊的特点，良好的
37、声学传播特性与高工作幅度高耐疲劳性。他们也应该是耐腐蚀，具有足够高的强度来附加螺丝附件。6 .刀具材料应具有高的耐磨性，良好的弹性与抗疲劳强度特性，并具有该应用下最佳的韧性与硬度。7 .它是变幅杆、刀具，工件的冷却剂，为切割区域提供新的磨料，从切割区域清晰碎屑，悬浮液同时也提供刀具、磨料与工具间的声结合，同意高效的能源转换。8 .磨料输送媒介应操纵低粘度同时接近磨料密度，良好的湿润性，较好与较高的热导率，高效的高温冷却性。9 .最大加工速度的最佳静负载被发现是去取决于刀具结构（比如横截面积与形状），振幅与磨粒平均尺寸。10.研磨材料应比工件硬，同时通常较大的磨粒尺寸与更高的悬浮液浓度产生更高的
38、MRRo11 .降低工件断裂韧性或者增加工具的硬度比至杨氏模量，将得到更高的MRRo12 .RUM超过标准USM镜头的优异性能能够通过解释工件表面的压痕的联合作用，之间的滑动接触上的游离磨粒/工件之间的刀具/工件与滚动接触嵌入式Ro13 .变幅杆与刀具的设计在提供谐振USM系统最大限度地去除材料中发挥了重要作用。PU:S0890-6955(97)00036-9REVIEWONULTRASONICMACHININGT.B.THOE,fD.K.ASPINWALLttSandM.L.H.WISE：(Received23January1996;infinalfonn30April1997)Abstra
39、ctUltrasonicmachiningisofparticularinterestforthecuttingofnon-conductive,brittleworkpiecematerialssuchasengineeringceramics.Unlikeothernon-traditionalprocessessuchaslaserbeam,andelectricaldischargemachining,etc.,ultrasonicmachiningdoesnotthermallydamagetheworkpieceorappeartointroducesignificantlevel
40、sofresidualstress,whichisimportantforthesurvivalofbrittlematerialsinservice.Thefundamentalprinciplesofultrasonicmachining,thematerialremovalmechanismsinvolvedandtheeffectofoperatingparametersonmaterialremovalrate,toolwearrateandworkpieceaccuracyarereviewed,withparticularemphasisonthemachiningofengin
41、eeringceramics.Theproblemsofproducingcomplex3-Dshapesinceramicsareoutlined.KeywordsUltrasonicmachining;contourmachining;ceramics1. AnoverviewofultrasonicmachiningandapplicationsVariationsonthisbasicconfigurationinclude:-Therearealsonon-machiningultrasonicapplicationssuchascleaning,plastic/metalweldi
42、ng,chemicalprocessing,coatingandmetalforming.1.1. Contourmachiningusingultrasonictechniques1.2.UltrasonicmachiningofceramicmaterialsWorkpieceMaterialsHardnessHvSurfaceRoughnessRa(zm)RecommendedAbrasiveMRR(mm3min)5mm0ToolMRR(mm3min)10mm0ToolGraphite651-2SiCZB4C164224SiliconOxide5000.85SiCZB4C3950Alum
43、iniumOxide10000.9SiCZB4C7.69.3Zirconia11000.75B4C0.653.1Sialon15000.4B4C1.21.8SiliconCarbide24000.3B4C0.63.52. Basicelementsofanultrasonicmachinetool2.1. Theultrasonicgeneratorandultrasonictransducer2.2.Theultrasonichornandtoolassembly2.3.Thetoolfeedadvancingmechanismandtheabrasivefeedsystem3.Materi
44、alremovalmechanisms3.1.Effectofvariousoperatingparametersonmaterialremovalrate(MRR)2so2;fErte-XKSHIPSNHPSNSfiCIRcMIzlu25201510OMae8lA11waAekrtwWear-Cf-e-XrsM.COJ254. Toolwear4.1. EffectofvariousoperatingparametersontoolwearQMA刎 T)WMm AMefMm .StamlMsstMlOSirtHsiMl NmrMZA10100100000HanMea x ImMCfIH.WI
45、EE1 W35cReal815. TheeffectofUSMonworkpiecesurfacefinish/accuracyUnis8u)nojSepns3.0-UIwMcm266. HornandtooldesigntU*rasor7. Conclusions1.USMisanon-thermalprocesswhichdoesnotrelyonaconductiveworkpieceandispreferableformachiningworkpieceswithlowductilityandhardnessabove40HRC.2.USMisbelievedtobeastressanddamagefreeprocess.3.ForcontourUSMaresonancefollowinggeneratorisrecommendedbecauseitcanautomaticallyadjusttheoutputhi
