● 摘要
本文结合航空航天行业中大量轻质高强材料（如：颗粒增强型铝基复合材料和钛合金等）在一些刀具回转类加工工艺中存在可加工性差、加工效率低的难题，充分利用振动切削技术的优势，发掘振动切削技术的潜能，对低频-低频、高频-高频和高频-低频的振动高效模式转换方式进行了研究，并对不同振动切削方式的高效模式转换、切削机理、切削效果、影响因素进行了全面深入的分析。
分析了低频扭转-螺旋高效转换式浮动振动攻丝系统的优势，揭示了浮动振动攻铝基复合材料螺纹的冲击碎化切削机理，实现了此类材料在攻丝工艺中的可加工性。利用浮动振动攻丝工艺进行不同振动方式的小孔攻丝实验，分析了在振动攻丝工艺中各振动参数对丝锥破损及螺纹质量的影响，结果表明浮动振动攻丝方式对颗粒增强型铝基复合材料小直径螺纹孔具有良好的加工性能，并通过实验综合优化出两种颗粒增强型铝基复合材料SiCp/Al和Al2O3p/Al小孔振动攻丝的工艺参数。
提出了双切向-扭转、双切向-弯曲振动转换模式，发现了双切向-弯曲可以转换出椭圆振动的新模式，研制出椭圆回转超声振动刀柄。对超声换能器模式转换的振动效果进行了研究，并通过椭圆回转超声振动攻丝、铰削试验验证了此模式转换刀柄的有效性。
利用超声模式转换式椭圆回转超声振动刀柄，进行了椭圆振动铣削钛合金试验研究。仿真分析了超声椭圆振动铣削时的刀尖运动轨迹，得到超声椭圆振动铣削切削图形，揭示了切削厚度由普通铣削时连续小厚度切削变为超声椭圆振动铣削时断续大厚度切削的微细切削能力增强机理。试验证实了这一机理导致的精密铣削效果，弱刚度工艺系统下钛合金铣削实验表明，在小切深的情况下超声椭圆振动铣削径向力能够下降到普通铣削的20%左右，铣侧面时让刀量能下降到普通铣削的一半以下，因此超声椭圆振动铣削特别适于薄壁件精密加工。
提出了椭圆超声-轴向低频激励耦合式椭圆超声-低频复合振动新模式，进行了钛合金复合振动钻削试验研究。搭建了激励耦合式复合振动钻孔系统，对比实验结果表明，在合适的轴向载荷下超声椭圆振动能够激发出低频轴向颤振，实现椭圆超声-轴向低频复合振动钻削，这时的加工效率提高明显。
上述高效模式转换振动切削技术研究表明，该技术在轻质高强材料制孔和铣削工艺上具有重要的应用前景。