● 摘要
大型航空薄壁件高精制造技术作为飞机机体制造的关键技术之一，一直困扰着航空工业的发展。本文从航空领域中钛合金铣削精度问题出发，结合超声振动加工的特点，研制了系列超声振动铣削刀柄系统。分析了超声振动铣削刀尖轨迹，研究了其降低铣削力、提高精度和表面质量的机理并在钛合金上进行了实验验证。分别依据圆棒扭转振动理论、弯曲振动理论研制了超声多模式振动铣刀柄和大直径超声椭圆振动铣刀柄。分析了超声换能器实际工作频率与设计频率不一致的主要原因是忽略了陶瓷堆电学谐振频率及结构装配对换能器工作频率的影响并通过设计超声纵振铣刀柄进行了验证。应用Origin软件对超声纵向振动铣削和超声椭圆振动铣削刀尖轨迹进行了仿真。得出超声纵向振动铣削无法实现径向断续切削、超声椭圆振动铣削实现完全断续切削的条件是每齿进给量小于椭圆长半轴长与短半轴长之和的结论。通过建立超声振动铣削过程模型，对两种模式超声振动铣削降低铣削力机理进行了分析。通过建立超声椭圆振动铣削切削能力模型，分析了超声椭圆振动铣削消除让刀量、抑制颤振提高铣削精度的机理。对超声振动铣削提升已加工表面质量的原因进行了分析。在钛合金材料上分别进行了普通—纵振、普通—椭圆铣削实验。实验结果表明，两种振动模式均具有铣削力降低效果，但超声椭圆振动铣削力降低能力明显强于超声纵向振动铣削；超声椭圆振动铣削能够基本实现零让刀、无颤振铣削，显著提升铣削精度；超声振动铣削表面质量明显优于普通铣削。