纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化研究

相比于其他振动形式,纵弯椭圆振动辅助钻削加工在减小深腔孔加工中的切削力和切削热以及减小刀具与孔壁之间的摩擦方面具有明显优势。目前在纵弯椭圆振动辅助钻削装置设计中,钻削刀具等附属部件的安装,使得纵弯椭圆振动辅助钻削装置的实际频率与设计频率存在较大差异,同时纵振和弯振无法获得同频共振模态,为此,对纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法进行研究。首先根据椭圆轨迹输出要求对纵弯装置进行总体结构设计,用解析法设计超声换能器和变幅杆,建立纵弯椭圆振动辅助钻削装置初始三维模型,并基于建立的三维模型进行纵弯椭圆振动的运动学建模;其次基于纵弯谐振频率逼近目标频率的原则,用等质量法和简化法减小刀具和ER夹头螺母对谐振频率的影响,并用有限元分析软件ANSYS Workbench通过控制变量法对纵弯椭圆振动钻削装置进行优化;最后根据有限元优化结果确定结构尺寸,进行动力学特性分析,验证了提出的纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法。研究表明,本方法可降低刀具等附属部件对频率的影响,实现纵弯椭圆振动辅助钻削装置的同频共振。