题目：导套式椭圆超声振动镗削技术研究

椭圆超声振动切削技术是一种应用前景十分广阔的新型切削加工技术。本文在总结国内外椭圆超声振动切削系统和切削机理研究成果的基础上，结合航空某型号飞机交点孔精加工空间狭小、孔径精度要求H8、表面粗糙度要求Ra0.8μm、常规加工误差复映严重导致纠偏困难、大孔径常规工具加工动力不足和对接加工需降低切削力解决夹持难度等生产实际问题，针对交点孔精加工采用型架分别加工和对接夹具对接加工的工艺流程，设计了导套式椭圆超声振动镗削装置，很好的解决了交点孔精加工中出现的问题。对导套式椭圆超声振动镗削装置中超声镗杆振动可行性与镗削有效性、表面轮廓的导套间隙影响机制、导套磨损的超声抑制机理、表面形貌的导套间隙影响机制、超声镗削降低表面粗糙度和导套式低频振动断屑等方面进行了全面、深入的研究。针对超声镗杆与导套摩擦副配合间隙量与刀具自由态振幅的不同情况，利用弹性接触力学线弹簧理论对导套式超声镗杆振动可行性进行了研究，指出刀具振幅主要受超声镗杆与后导套摩擦副的配合间隙量影响。配合间隙量大于刀具自由态二倍振幅是刀具振幅不受摩擦副影响的条件。交点孔精加工工程应用中摩擦副的实际有效配合间隙量大于刀具自由态二倍振幅，因此导套式超声镗杆具有振动的可行性。通过实验验证了导套式椭圆超声振动镗削装置中刀具振幅随前后导套间隙量的变化规律。为验证导套式椭圆超声振动镗削装置的工艺有效性，进行了切削力和加工精度实验。切削力实验表明，导套式椭圆超声振动切削可以大幅度降低切削力；加工精度实验表明，导套式椭圆超声振动切削可以减少让刀量，减少复映误差，提高加工精度。对超声镗杆在前后导套内的运动行为进行了实验，得到了精镗双导套结构超声镗杆的运动规律。根据运动规律利用运动学研究了工件表面轮廓的导套间隙影响机制，揭示了鼓形缩孔和腰形扩孔的成因。指出实际有效配合间隙量的增大导致孔径精度变差。分析了影响实际有效间隙量的因素，并对有效间隙量影响表面轮廓机制进行了实验验证。导套式椭圆超声振动镗削装置中超声镗杆和导套构成超声滑动摩擦副。利用摩擦学理论对超声摩擦副摩擦磨损机理进行了研究。首先对超声振动摩擦副接触界面进行建模，得到超声振动改变了摩擦副接触状态，减少了摩擦副表面接触时间从而降低了摩擦力和摩擦系数。摩擦副表面超声振动的周期性变化导致润滑油在变动间隙中受到冲击挤压作用产生流动和动压，使润滑油在摩擦区域发挥了更大的作用，改善了摩擦润滑状态，减少了摩擦副的摩擦和磨损。摩擦磨损实验表明，导套式超声摩擦副具有超声动压润滑效果，减少了摩擦副的摩擦磨损，对导套间隙量的扩大起到了抑制作用，延缓了镗削表面轮廓误差的逐渐扩大，提高了装置的使用寿命。超声镗杆和自动进给钻动力主轴采用刚性联轴器连接镗削后工件内孔出现环形纹现象，严重影响了表面质量。针对环形纹现象，采用空间运动学进行了分析，揭示了超声镗杆行星摆动与导套间隙共同作用导致的表面环形纹产生机理。设计了快装万向柔性联轴器解决了环形纹问题。导套式椭圆超声振动镗削通过抑制积屑瘤、鳞刺的产生和提高切削过程的稳定性来降低工件的表面粗糙度。镗削对比实验验证了椭圆超声振动镗削具有降低表面粗糙度、提高表面质量的工艺效果，使表面粗糙度由普通镗削时的Ra1.6μm降低到椭圆超声振动镗削时的Ra0.8μm。针对椭圆超声振动镗削产生有害的细长带状切屑问题，进行了导套式低频振动断屑实验，验证了导套式低频振动镗削能够实现可靠断屑。本文提出的导套式椭圆超声振动镗削技术对推动飞机大径装配孔精密、高效加工的创新发展提供了重要的理论与技术支撑。