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数控雕刻机外文翻译（直接用,编辑好的本科毕业论文（设计）外文文献翻译设计题目：数控雕刻机总体设计译文题目：ReVieWOnUItTaSOniCmachining学院：机械工程学院一一专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2016年6月2日超声波加工综述T.B.THOE,D-K,ASPlNWALLandM.L.H.WISE摘要超声波加工适合切削不导电、脆性材料，比如工程陶瓷。与其他非传统加工，如激光束、电火花加工等不一致，超声波加工不可能导致工件表面热损伤或者显著的残余应力，这对脆性材料特别重要。超声波加工的基本原理，包含材料去除原理，各类操作参数对材料切除率、刀具磨损、工件精确度要求都有叙述，并着重表述了在加工工程陶瓷上的应用，制造复杂的三维立体陶瓷的问题也在叙述当中。1概述超声波加工及其应用超声波加工是一种非传统机械切削技术，通常与低材料去除率有关，它并不被加工材料的导电率与化学特性所限制，它用于加工金属与非金属材料，非常适合于脆性大，硬度高于40HRC6-12的材料，比如无机玻璃、硅片、银、钛合金等等13-24,有了它，76Um的小孔也能加工，但是被加工的孔深度与直径之比限制在3比1之内8,12o超声波加工的历史能够追溯到1927年，R.W.Wood与A.L.Loomis发表的论文，1945年。有关于超声波的第一项专利给了L.Balamuth,现在超声波加工已经分化很多领域，超声波钻削、超声波切削、超声波尺寸加工、超声波研磨技术与悬浮液钻孔法，然而，在20世纪50年代初只普遍明白超声波冲磨或者USM8,25,28,30,31。在超声波加工中，高频率的电能通过换能器/增幅器被转变为机械振动，之后通过一个能量集中装置被传送出去，比如变幅杆/刀具组件1,17,18,30,32o这导致刀具沿着其纵向轴线以振幅0-50m高频率振动（通常220KHZ）16,33,34,典型额定功率范围从503000W35不等，在某些机器上能够达到4kw。一个受控静负载被施加于刀具与磨料悬浮液（由研磨材料的混合物构成、比如碳化硅，碳化硼等等，悬浮在水或者油中）被泵传送到切削区域，刀具的振动导致磨料颗粒悬浮在刀具与工件表面间，通过微型片冲击工件表面从而去除材料19。图1展示了设置USM使用磁致伸缩或者压电换能器钎焊与螺纹加工。基本的结构变更包含. 旋转超声波加工。刀具启动同时开始旋转，这样能够将圆柱度降低至传统超声波加工所达到的值的1341,典型回转速度约为300rpm,但若使用金刚石镶嵌刀具，回转速度可高达5000rpmo 超声波加工结合电火花加工16,18,20,26,34,36o 超声波辅助常规/非常规加工16,18,20,26,34,36o相关于传统的车削加工，超声辅助车学加工声称可减少加工时间、工件的残余应力与加工硬化,提高工件表面质量与刀具寿命12,36,42,45o 非加工超声波应用，比如清洁、塑料/金属焊接、化学制品加工、涂层与金属成形。1.1超声波加工技术应用于仿形加工很多超声波加工涉及一些用简单或者者复合的工具轴向穿透横截面进入工件的钻削，用于得到合乎要求的通孔与盲孔，三维的孔也需要（就是一个面上有不一致深度的孔），一个类同于开模的加工过程通常包含7,10,27,37,43,46-48,如图2,使用这种石墨电极技术的放电机能够在30分钟内成型零件,而不是用仿形铳削花20小时完成它2,4,49,50,使用复合刀具的问题在于它受加工面上相同加工效率与磨耗率，这些都会影响产品的成型，另外有一个更大问题，就是如何跟传统刀具相比最大幅度地发挥复合刀具的性能。图2利用USM进行氮化硅涡轮叶片钻孔一种替代的方法是使用一种简单的“笔状”刀具与使用数控程序仿形，见图3o最近，使用这种技术的可行性已经引起关注同时已被一些国家研究，包含英国、法国、瑞士、日本等等26,52,一些CNC操纵回路的旋转超声加工系统己在市面上有售，比如来自ExtrudelIoneLimited（法国）的SoneX300,来自ErosonicAG（瑞士）的heErosonicUS400US800o图3利用USM加工碳纤维复合材料的加速杆、孔与外轮廓1. 2超声波加工陶瓷材料高性能陶瓷越来越多地被用于航空航天，工业与汽车电子行业的应用。它们为汽车阀与气缸套提供了许多比金属的更优越的性能14,15,同时其良好的化学稳固性与高耐热性提高了燃气涡轮机应用中获得更大的热效率的可能性30,53,54o烧结氧化铝，碳化硅与氮化硅产品通常有大于1500HV的硬度，因此通常金刚石磨削是唯一可行/经济的加工零件至最终成形的方法，尽管这在加工包含圆柱形元件，平板与弯曲表面零件时是理想可行且易于同意的，但是当被加工表面具有更复杂的形状或者者其工作特性要求有特定的工件表面完整性时就会出现问题。大多数工程陶瓷是电绝缘体，尽管这可能是其功能上的优点，但在加工部分零件如陶瓷或者陶瓷涂层涡轮机叶片时就成了一个显著的缺点。相当多数量的金属依靠于大量使用非传统加工，比如电化学加工(ECM)与EDM,前者被广泛用于生产翼型型材，后者则用于叶片冷却孔的加工。不幸的是，这两个加工过程都依靠于工件材料是导电的。在EDM中，工件需要具有小于100的QCm的电阻率16,26,33,55o关于加工过程中高应力集中的安全规定部件如涡轮叶片，其工件表面完整性是一个关键的特性，因此这类零件会特别使用陶瓷或者陶瓷涂层。加工过程中应尽可能减少最终成型表面/亚表面的损伤。所有传统的切削操作，如车削或者磨削都或者多或者少的会导致某些类型的表面损伤24,48,56o非传统加工过程也是如此，比如EDM或者激光加工(LBM)所依靠的热切削机制。举个例子，EDM会导致热表面区域产生最高达50m深的微裂纹55。与此相反，超声波加工(USM)是一种不依靠于导电工件同时适合于陶瓷材料加工的非热过程。该方法可产生很少甚至没有表面/亚表面损伤或者施加特定的压力机制。尺寸精度可达±5m36,最终表面的粗糙度Ra可实现0.51-0.76m37。对石墨，碳化硅与一系列陶瓷材料的USM数据来由GiImore6,Kremer33总结于表1中。2超声加工刀具的基本原理1.1 超声发生器generator)与超声换能器(TranSdUCerS)传统的发生器系统中，装配了变幅杆(horn)与刀具，通过机械调整其规模达到共振调谐，然而，最近共振发生器已实现其功能，它可自动调整输出高频率去匹配变幅杆/刀具组件的精确谐振频率6。它们能够也习惯装配与刀具磨损的任何微小错误，给出最小声波能量损耗与非常小的发热性33。供给的功率取决于换能器的大小35。有些超声发生器的设计带有安全特性，如在变幅杆断裂,变幅杆/刀具接头故障等17,31,33情况的自动开关。TableI.Datafromvariousmaterialsultrasonicallymachinedusing320meshabrasive6,33.WorkpieceMaterialsHardnessHvSurfaceRoughnessRa(m)RecommendedAbrasiveMRR(mm3min)5mm0ToolMRR(mm5min)10nnn0ToolGraphite651-2SiCZB4C164224SiliconOxide5000.85SiCZB4C3950Aluminiuml00.9SiCZB4C7.69.3OxideZirconiaHOO0.75B1C0.653.1Sialon15000.4B4C1.21.8SiliconCarbide24000.3B4C0.63.5换能器的振动在纵向或者压缩模式。在工业中的应用，不论磁致伸缩12,26,40,57或者是压电装置35,39都会使用，是由于它的低Q值（Q是一个能量峰值锐度的度量），磁致伸缩换能器同意振动通过很宽的频率传输带传输（比如，20KHz的发生器为17-23KHZ）58.它也同意变幅杆有更大的设计灵活性同时能够习惯刀具磨损。此外，变幅杆还可重复设计/加工几次而不可能有临界振幅缺失4,30,46o磁致伸缩换能器要紧的缺点是其高电力缺失（比如电涡流缺失）与低能量效率（约等于55%）40,这些缺失以热的形式出现，换能器务必空冷/水冷而且换能器的体积庞大笨重，而且，相比于压电型，该换能器不适于产生高强度振动59,60,典型的压电换能器26,42,53,61由两盘错钛酸铅或者其他合成陶瓷构成62,其厚度通常不到超声波换能器总长的10%63o压电传感器有更高的能量效率（约等于9096%）,因此不需要任何冷却18,28,59o它不易产生热损伤，同时更容易习惯旋转操作61同时更容易安装。2. 2、超声变幅杆与刀具组件变幅杆被称之声耦合器，速率/机械转换器，刀架，集中器，桩模块或者超声波发生器，见图4o换能器表面的振幅过小（0.001-0.01UnI）而无法达到合适的切削率，因此，变幅杆可作为放大设备。对每种变幅杆材料65来说，其最佳调谐都是不一致的，因此需要操纵高机械Q值、良好的焊接与钎焊性、良好的声传输特性、在高工作振幅下的高抗疲劳特性，同时也应耐腐蚀与有足够高的强度来附加螺纹附件，蒙乃尔铜银合金，钛6-4（IMI318）,AISI304不锈钢，铝与铝青铜合金是常用的材料1,4,20,40,64-67o该刀具的设计应该能提供在给定频率的波腹内的最大振幅61,所使用的材料应具有高耐磨性、电阻性，较好的弹性，抗疲劳强度同时有该应用下最佳的强度与硬度16,27,64o碳化鸨，银器钢铁，蒙泰尔铜银合金，是较常用的刀具材料。多晶金刚石（PCD）近来被用于加工非常坚硬的工件材料，比如热等静压氮化硅68o刀具能够通过敢接或者钎焊，螺纹/锥度配合连接到变幅杆，另外，实际刀具的结构能够被加工在变幅杆的末端14,27,35,66,70,71,螺纹接头由于换刀的快速与易用被照例使用，然而，还是存在些问题，比如自松动，声功率损耗，疲劳失效等72。但使用开孔刀具进行深孔钻时，通过变幅杆与刀具的中心进给磨料的能力是一个很大的优势，能够因此减少侧向摩擦力27。3. 3刀具进给的推进机制与磨料供给系统刀具通常经由配重/静态重量，弹簧，气/液或者电磁进给系统施加静态负载使之置于工件之上16,26,27,40,73,为获得最佳效果，加工时系统应保持相同的工作力方向，同时保持对切削方向阻力的足够的敏感性16,40。施加的力务必认真选择，由于若设置太低就无法达到最大的切削速度，若设置太高则会导致刀具与磨料之间的干扰3,70o比较有代表性的静负载值约为0.1-30N,钻直径小于0.5mm的小孔时的力要特别注意，在太高的负载下有可能导致刀具弯曲。图4.各类带/不带刀具头的变幅杆69悬浮液通常是在刀具表面由泵喷射出，吸出，或者二者相结合，正如图5中所示13,16,28,40,74o它是变幅杆、刀具，工件的冷却剂，为切割区域提供新的磨料，从切割区域清除碎屑2,25,27,28,悬浮液同时也提供了刀具、磨料与工具间的声结合，同意高效的能源转换，横向进给的管道是与变幅杆的波节面相连接（相邻），以此来避免阻尼的影响16,27。最普通的磨料材料常用氧化铝，碳化硅，碳化硼，等等4,12,24,27,37,75-7