论文题目：旋转超声复合机械-电解-放电加工系统设计及试验研究
摘要：超声加工是硬脆材料的一种高效、精细加工方法,已在工程中得到广泛应用。超声辅助机械（磨削、铣削等）加工利用超声振动效应,可有效减小切削力、切削热,提高加工效率及精度;电解加工具有效率高、表面质量好及阴极无损耗的独特技术优势,但有加工精度不稳定、环境保护问题;电火花放电加工过程稳定、精度较高,但精密加工时的加工效率较低。本文提出旋转超声复合机械-电解-放电加工新方法,试图将超声效应与机械、电解及微火花放电作用有机复合,实现难加工材料、异形面零部件的精密、高效加工。主要研究内容为:（1）分析旋转超声复合机械-电解-放电加工原理,拟定系统总体设计方案;以材料力学、电解原理、超声机理等为理论依据,根据旋转超声振动、高频脉冲电解及微火花放电作用的相互关系,研究旋转超声机械-电解-放电协同加工材料去除机理,建立材料去除效率数学模型,由模型分析可知:主轴转速、超声振幅、电解电压、磨料硬度/粒度增大,可提高加工效率。根据加工机理可知:采用高频窄脉冲电源、减少电解液电导率、降低电压幅值、减小加工间隙、减小磨料粒度等措施可提高加工精度。（2）设计、构建旋转超声复合机械-电解-放电加工系统。设计选择变频器、交流电机、超声振动装置,完善旋转超声电主轴设计;设计压电换能器、变幅杆,完善超声振动装置设计;设计加工系统磁性工作台及多轴联动伺服进给装置。设计试验用复合加工夹具,完善其电源引入、电化学防腐及系统电绝缘方案;采用高频窄脉冲电源、超声斩波器、信号检测控制系统,采用粘接微细磨粒的工具电极,构建完善旋转超声复合机械-电解-放电试验装置;提出一种机械夹持、无线供电方式旋转超声主轴设计方案,可拓展旋转超声复合加工应用空间。（3）进行旋转超声振动系统的优化设计。对压电换能器和增幅杆进行理论分析与设计计算。利用ANSYS压电分析模块进行模态与谐响应分析,当谐振频率为19.8 kHz时,超声振动系统谐振输出振幅25.5 μm。接阴极加工时,超声振幅会降低,利用ANSYS优化设计,系统输出振幅可达23 μm,采用激光微位移传感器实测其谐振振幅达20 μm以上,验证了超声振动系统设计能满足旋转超声复合机械-电解-放电加工要求。（4）选择硬质合金、PZT压电陶瓷、不锈钢等材料,进行拷贝式超声复合加工与旋转超声复合加工试验,探究旋转超声加工特性及其加工参数对精度及效率的影响规律;优选加工参数,对铝基碳化硅陶瓷（AlSiC）进行平面与沟槽的二维旋转超声复合机械-电解-放电加工试验,加工出光整平面及沟槽,验证旋转超声复合机械-电解-放电加工可实现高效、精密加工。
关键词：旋转超声加工;复合机械-电解-放电;成形机理;系统设计;试验研究
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 超声辅助机械加工技术
1.1.1 超声加工技术
1.1.2 超声辅助机械加工
1.2 电解复合机械加工技术
1.2.1 电解加工
1.2.2 电解复合机械加工
1.3 超声复合电火花/电解技术
1.3.1 电火花加工
1.3.2 超声复合电火花加工
1.3.3 超声复合电解加工
1.4 论文选题依据及主要研究内容
1.4.1 选题依据
1.4.2 主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 旋转超声复合机械-电解-放电加工总体方案及机理研究
2.1 旋转超声加工
2.2 旋转超声复合电解加工
2.3 旋转超声复合机械-电解-放电协同加工总体方案设计
2.3.1 机理分析
2.3.2 总体方案设计
2.4 旋转超声复合机械-电解-放电加工材料去除机理
2.4.1 旋转超声加工材料去除方式
2.4.2 旋转超声加工去除效率建模
2.4.3 脉冲电解加工效率建模
2.4.4 旋转超声复合机械-电解-放电加工去除材料机理分析
2.4.5 旋转超声复合机械-电解-放电协同加工材料去除方式建模
2.5 旋转超声复合机械-电解-放电加工机理探讨
2.6 本章小结
第3章 旋转超声复合机械-电解-放电加工系统设计
3.1 系统总体方案设计
3.2 系统关键单元组件设计
3.2.1 旋转超声电主轴设计
3.2.2 超声振动系统的设计
3.2.3 磁性工作台装置
3.2.4 伺服进给机构设计
3.3. 柔性夹具设计
3.4 一种新型旋转超声振动电主轴装置方案设计
3.5 本章小结
第4章 超声振动系统分析与优化
4.1 超声振动系统的有限元分析
4.2 压电换能器的有限元分析
4.2.1 压电换能器的建模
4.2.2 压电换能器的模态分析
4.2.3 压电换能器的谐响应分析
4.3 指数型超声振动系统的有限元分析
4.3.1 指数型超声振动系统的建模
4.3.2 指数型超声振动系统的模态分析
4.3.3 指数形超声振动系统的谐响应分析
4.4 阶梯型变幅杆的有限元分析
4.4.1 阶梯型变幅杆的建模
4.4.2 阶梯形超声系统的模态分析
4.4.3 阶梯型超声振动系统的谐响应分析
4.5 超声振动系统的优化设计与振幅检测
4.5.1 阶梯型变幅杆超声振动系统的优化设计
4.5.2 超声振幅检测
4.6 本章小结
第5章 旋转超声复合机械-电解-放电协同加工试验及分析
5.1 试验方案设计
5.2 拷贝式超声加工试验
5.3 一维旋转超声复合机械-电解-放电加工试验
5.4 一维及二维旋转超声复合机械-电解-放电试验
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢