● 摘要
超声振动切削技术是一种应用前景广阔的新型切削加工技术，经过近十年的发展，充分体现出大幅降低切削力，改善工件的表面质量，提高加工精度，抑制颤振，减小刀具磨损，延长刀具的使用寿命等方面的优势，在精密、超精密加工、微细加工、难加工材料加工等领域内具有广阔的应用前景。然而目前的振动切削系统存在着缺少换刀装置、难以实现方便的更换刀具的问题，该问题的存在严重的影响了超声振动切削技术应用领域的进一步拓展。本文在通过分析和调研换刀问题的技术背景之后，研制了一套多刀超声振动切削装置，该装置利用导电滑环与档位开关的组合实现了随着刀盘转动对换能器进行分度供电，利用该装置可以完成振动切削装置与卧式数控车床的连接，从而较为便捷的在数控车床上通过换刀完成多刀超声振动切削。另外还开发了通过空心短锥与端面双面定位的振动切削母子刀柄系统，空心短锥的连接方式以其独有的空心、自锁角度、锥面连接等特点，可以很好的完成超声振动的传递，并且具有普通刀柄难以匹敌的连接性能尤其是在高速场合，运用该技术较好的解决了振动系统中母子刀柄的连接问题，为将超声振动切削技术更加便捷的应用于加工中心奠定了基础。本文还通过对影响弱刚度工件加工精度众多因素的分析，确定了影响弱刚度工件加工精度的主要因素为吃刀抗力（切深抗力），在研究了吃刀抗力与切削深度的耦合关系后，建立了刚性较弱的细长轴工件加工精度与理论切削深度、工件刚度的关系式，并在此关系式的基础上分析了振动切削提高加工精度的特点和机理，分析了加工精度与刚度、切削深度的关系。最后通过45号钢细长轴的车削实验验证了相关分析的正确性。通过该模型可以在一定刚度范围内有效的解决实际切削深度与理论切削深度的对应关系问题，并给出了影响加工精度的主要因素及其对加工精度的影响方式，相关理论分析以及实验研究为解决弱刚度工件加工精度问题提供了一定的理论依据。