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利用导波传输实现二维高频超声振动

黄志鹏 皮钧 杨光

黄志鹏, 皮钧, 杨光. 利用导波传输实现二维高频超声振动[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(2): 230-236. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180162
引用本文: 黄志鹏, 皮钧, 杨光. 利用导波传输实现二维高频超声振动[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(2): 230-236. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180162
Huang Zhipeng, Pi Jun, Yang Guang. Realization of Two Dimensional High Frequency Ultrasonic Vibration using Guided Wave Transmission[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(2): 230-236. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180162
Citation: Huang Zhipeng, Pi Jun, Yang Guang. Realization of Two Dimensional High Frequency Ultrasonic Vibration using Guided Wave Transmission[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(2): 230-236. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180162

利用导波传输实现二维高频超声振动

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180162
基金项目: 

福建省科技重点项目 2017H0025

福建省自然科学基金项目 2017J01700

详细信息
    作者简介:

    黄志鹏(1991-), 硕士研究生, 研究方向为超精密加工工艺与装备, melodyhzp@163.com

    通讯作者:

    皮钧, 教授, 硕士生导师, 博士, pi_jun@163.com

  • 中图分类号: TB53;TB55

Realization of Two Dimensional High Frequency Ultrasonic Vibration using Guided Wave Transmission

  • 摘要: 为简化二维超声椭圆振动结构,提高刀尖振动响应精度,利用导波具备单向动态刚度特性,研制了利用导波线传导超声振动的高频二维振动装置。该装置由101.96 kHz的纵振换能器和纵-弯复合振动工具头组成,用导波线将换能器和振动工具头连接起来,通过两路激励电源输出相位差的调节,能够获得相应的二维振动轨迹,并利用有限元仿真模态分析对该装置进行结构优化,确定最优结构。对整体二维振动装置振动特性检测结果表明,振动工具头前端的刀尖能产生一个0.4 mm振幅的纵-弯复合振动。该装置可以应用于超精密切削,如航空航天、军事、电子和光学等需要高精度或难加工零部件的加工。
  • 图  1  导波传输二维振动切削装置结构

    图  2  导波线单元

    图  3  振动工具头结构图

    图  4  振动工具头纵振和弯振模态示意图

    图  5  二维振动系统谐响应图

    图  6  不同相位差合成的二维轨迹

    图  7  整体装置

    图  8  现场测试

    图  9  换能器端面输出振幅

    图  10  相位差90°振动工具头刀尖点位移曲线

    图  11  不同相位差时刀尖弯振与纵振振幅

    图  12  实际振动轨迹

    表  1  材料参数

    材料 密度ρ/
    (kg·m-3)
    杨氏模量
    E/GPa
    泊松比μ
    45钢 7 850 210 0.269
    PZT-4 7 500 68 0.30
    TC4 4 620 96 0.36
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  • 收稿日期:  2018-03-03
  • 刊出日期:  2019-02-05

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