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摘要
【目的】针对工程实践中超声切刀尺寸难以解析计算且有特定结构尺寸要求的超声切刀难以设计等问题，建立了装夹式组合超声切刀结构优化及振动特性的高效设计、分析方法。【方法】该方法依托某工程实践超声切刀设计要求，以结构尺寸参数化的阶梯形变幅杆和固定渐变刀刃体装夹设计成组合式超声切刀，通过对变幅杆单一结构尺寸因素对组合超声切刀有限元模态固有纵振频率、输出形变大小等振动特性的影响分析，合理选取结构尺寸取值范围，构建了四因素两水平的全因子仿真实验，进行了多结构因素交互影响分析，建立了显著因素的谐振频率回归方程，并基于此以简谐共振频率为目标，望目优化设计了28kHz装夹式超声切刀。【结果】通过有限元模态分析、谐响应分析验证了优化设计的超声切刀在固有纵振、谐振频率与目标设计的一致性，且仿真输出振幅满足超声切割振幅要求，仿真最大等效应力远小于材料的安全许用屈服强度；通过数控加工、阻抗测试验证了实验测试频率与设计、仿真频率的一致性，且阻抗值满足设计要求；将超声切刀安装至切割系统中进行加工实验，通过与普通刀具、激光等工艺加工手段进行对比，设计切刀输出频率与振幅稳定，切割质量好，效率高。【结论】研究结果表明采用的超声切刀结构设计、仿真、分析等方法对有特定尺寸要求的复杂切刀设计、优化及工程应用具有很好的指导意义。
- 出版日期2023
- 单位重庆工商大学
