縱彎橢圓振動(dòng)輔助鉆削裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究*

（南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京210016）

深腔孔加工技術(shù)在當(dāng)今航空航天、國防軍工等領(lǐng)域起著重要的作用，然而傳統(tǒng)的深腔孔加工技術(shù)在加工的過程中由于切削力、切削熱過大，從而導(dǎo)致出現(xiàn)加工精度降低、表面質(zhì)量較差的問題。超聲橢圓振動(dòng)輔助加工技術(shù)可以很好解決深腔孔加工過程中存在的問題[1-3]。超聲橢圓振動(dòng)輔助加工過程中，在刀具上附加一個(gè)高頻振動(dòng)，使刀具以橢圓軌跡的形式周期性地切削和離開工件，從而降低了切削力、切削熱，提高了加工表面質(zhì)量。超聲橢圓振動(dòng)的產(chǎn)生可以通過縱向-扭轉(zhuǎn)復(fù)合模式[4-6]、縱向-彎曲復(fù)合模式[7-8]和彎曲-彎曲復(fù)合模式[9]。

在現(xiàn)有的UEVC 裝置中，Zhou 等[10]采用圓形整片和半圓形壓電陶瓷組合的方式來實(shí)現(xiàn)刀尖處的橢圓振動(dòng)。該裝置首先設(shè)計(jì)出單軸的裝置，再向裝置中插入彎曲壓電陶瓷片，最后通過有限元方法進(jìn)行調(diào)整，使得縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的共振頻率和各自的節(jié)點(diǎn)盡可能接近。這些裝置雖然可以通過有限元結(jié)合經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化，但是過程非常耗時(shí)。

Moriwaki 等[11]將壓電陶瓷片分別放置在換能器的上下端和前后端，通過對兩組壓電陶瓷分別施加正弦交流電來實(shí)現(xiàn)刀尖的橢圓振動(dòng)，在金屬棒中間可以加入縱向振動(dòng)的壓電陶瓷片，使整個(gè)裝置產(chǎn)生縱彎振動(dòng)，該裝置原理很簡單，但是要使得裝置達(dá)到頻率簡并很困難，且貼片式裝置比夾心式裝置更難裝配。

Shamoto 等[12-13]設(shè)計(jì)了一種基于彎曲-彎曲復(fù)合模式的超聲振動(dòng)橢圓切削裝置，具有兩個(gè)彎曲共振模式振動(dòng)，這種裝置大多數(shù)通過有限元結(jié)合經(jīng)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，沒有考慮刀具對諧振頻率的影響。……