旋转超声内圆磨削工具谐振系统设计与性能评估

本文主要探讨了旋转超声内圆磨削工具谐振系统的设计及其加工性能评估。硬脆材料如陶瓷、光学玻璃和金属基复合材料因其优良性能在航天航空等领域广泛应用，但传统磨削方法往往难以有效避免磨削烧伤和表面微裂纹等问题。为此，作者研究了旋转超声内圆磨削技术，这是一种针对这类材料内表面精密加工的有效手段。 首先，作者建立了一个统一的理论模型，针对多种组合砂轮变幅器的振动行为，运用变幅器纵振理论，精确地解析表示出变幅杆和砂轮的振动位移和应变函数。这个模型考虑了振动单元之间的力传递、位移连续性和边界条件，进而导出了砂轮变幅器的频率方程。通过MATLAB软件求解该频率方程，设计出优化的超声内圆磨削砂轮变幅器，并通过模态分析和谐响应分析来验证理论模型的准确性。 接下来，作者研发了一套旋转超声内圆磨削工具的谐振系统，并对其进行了振动特性实验，实验证明了理论模型的正确性和系统的实用性。同时，他们设计了一个工件旋转平台，确保了工件在磨削过程中的精确旋转控制，并进行了回转精度测量。将该系统与机床主轴连接，构建了完整的超声内圆磨削试验平台，为后续的实际磨削试验奠定了基础。 在实验阶段，作者选择了氧化铝陶瓷环作为加工对象，进行了有超声和无超声的对比磨削加工，旨在探究不同加工参数如何影响工件表面质量。通过对比研究，作者对超声内圆磨削工具谐振系统的性能进行了全面评价。 本文的核心贡献在于建立了一套纵向谐振砂轮变幅器的理论分析框架，研发了旋转超声内圆磨削工具的谐振系统，并通过一系列实验验证了其设计的有效性和加工性能。这些研究成果为旋转超声内圆磨削技术的发展提供了理论支持和技术参考，对于提高硬脆材料的内表面加工质量具有重要意义。关键词包括旋转超声内圆磨削、砂轮变幅器、频率方程、谐振特性以及磨削试验，这些都揭示了论文的核心内容和研究重点。