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超声波高频振动车削工艺

超声波高频振动车削工艺
超声波高频振动车削工艺

超声波高频振动车削工艺

超声振动切削,是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。

1.工作原理

超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中,的有效切削时间很短,大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。与工件、切屑断续接触,这就使得所受到的摩擦变小,所产生的热量大大减少,切削力显著下降,避免了普通切削时的“让刀”现象,并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削,在普通机床上就可以进行精密加工,圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度,最高可达到接近零误差,使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比,不需要高的机床刚性,并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中,可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工,可以节约高昂的数控磨床购置费用。

2.性能指标

2.1切削力小,约为普通切削力的1/3-1/10。

2.2加工精度高,主要取决于所用机床精度,所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。

2.3切削温度低,工件保持室温状态。

2.4不产生积屑瘤,工件变形小,没有毛刺。

2.5切削表面粗糙度低,可接近理论粗糙度值,最高可达Ra0.2以下。

2.6被加工零件的“刚性化”,即与普通切削相比,相当于工件刚性提高。

2.7加工过程稳定,能有效消除颤振。

2.8切削液的冷却、润滑作用提高。

2.9耐用度呈几倍到几十倍提高。

2.10被加工表面呈压应力状态,零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。

2.11切削后的工件表面呈彩虹效果。

3.应用范围

由于超声振动切削有如此多的优点,所以可广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。

3.1难加工材料切削:如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。

3.2加工淬硬钢零件及超硬零件,能得到很高的加工精度和表面质量:用硬质合金可以很轻松地加工硬度达HRC60以上的淬硬钢零件,如高速钢、轴承钢等;用PCD加工硬质合金,可以大大提高的耐用度。

3.3成型切削:利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。

3.4细长杆件及薄壁件车削加工。

3.5超细直径零件车削加工。

3.6超精密加工。

产品相关词组:

超声波振动切削装置,超声波椭圆振动切削,超声切削,超声椭圆振动,超声振动切削加工中心,二维超声振动磨削,旋转超声钻削,振动切削,超声振动加工,椭圆超声振动微雕刻装置,高频椭圆振动切削,超声振动磨削,振动加工,超声椭圆振动切削,椭圆振动切削,振动车削,超声车削

超声波传感器测距原理

芀一、超声波测距原理 肅超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的 同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S , 即: 膂S = v·△t /2 ① 芀这就是所谓的时间差测距法。 蝿由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大,如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正(本系统正是采用了温度补偿的方法)。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为: 螅V = 331.45 + 0.607T ② 芄 声 速 确 定

后, 只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 薂二、系统硬件电路设计 腿图2 超声波测距仪系统框图 蒆基于单片机的超声波测距仪框图如图 2 所示。该系统由单片机定时器产生 40KHZ 的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机 是整个系统的核心部件,它协调和控制各部分电路的工作。工作过程:开机,单 片机复位,然后控制程序使单片机输出载波为40kHz 的10 个脉冲信号加到超声 波传感器上,使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后, 单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数, 这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。下面分别介绍各部分电路: 莅1 、超声波发射电路 螀超声波发射电路如图3所示,89C51 通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250 μ s , 40kHz 的10 个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发 射出超声波。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远, 可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。 薈图3中T为超声波传感器,是超声波测距系统中的重要器件。利用逆压电效应 将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射; 利用压电效应可以将作用在它 上面的机械振动转换为相应的电信号, 从而起到能量转换的作用。市售的超声 波传感器有专用型和兼用型,专用型就是发送器用作发送超声波,接收器用作接

超声波加工技术

超声波加工技术 1.绪论 人耳能感受到的声波频率在20—20000HZ范围内,声波频率超过20000HZ被称为超声波。超声波加工(Ultrasonic Machining简称USM)是近几十年来发展起来的一种加工方法,它是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法,或利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料,又或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。它弥补了电火花加工的电化学加工的不足。电火花加工和电化学加工一般只能加工导电材料,不能加工不导电的非金属材料。而超声波加工不仅能加工硬脆金属材料,而且更适合于加工不导电的硬脆非金属材料,如玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。 1.1超声波加工的发展状况 超声波加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料,或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工,或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将220V或380V的交流电转换成超声频电振荡信号;换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动;变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大;超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具,使工具以一定的能量与工件作用,进行加工。 超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。 早在1830年,为探讨人耳究竟能听到多高的频率,F.Savrt曾用一多齿的齿轮,第一次人工产生了2.44 HZ的超声波,1876年加尔顿的气哨实验产生的超声波的频 10

超声波切割机工作原理

超声波切割机 一、概述超声波切割机的原理与传统意义上的切割完全不同。它是利用超声波的能量,将被切割材料的局部加热熔化,从而达到切割材料的目的。所以超声波切割不需要锋利的刃口,也不需要很大的压力,不会造成被切割材料的崩边、破损。同时,由于切割刀在做超声波振动,摩擦阻力特别小,被切割材料不易粘在刀片上。这对粘性和弹性材料、冰冻材料,如食品,橡胶等,或不便加压力的物体切割,特别有效。超声波切割还有一个很大的优点,就是它在切割的同时,在切割部位有熔合作用。切割部位被完美地封边了,可防止被切割材料组织的松散(如纺织材料飞边)。超声波切割机的用途还可以扩展,如挖孔,铲挖,刮漆,雕刻,分条等等。 二、基本结构和特点超声波切割机是利用波能量进行切割加工的一类设备,它最大的特点是切割不用刃口。或者说,不用传统意义上的刃口。传统的切割是利用带有锋利刃口的刀具,压向被切割材料。此压力集中在刃口处,压强就非常大,超过了被切割材料的剪切强度,材料的分子结合被拉开,就被割断了。由于材料是被强大的压强硬性拉开的,所以切割刀具刃口就应该非常锋利,材料本身还要承受比较大的压力。对软性、有弹性的材料切割效果不好,对粘性材料困难更大。基本构成是超声波换能器、变幅杆、切割刀(工具头),驱动电源。超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流,输给超声波换能器。超声波换能器其实就相当于一个能量转换器件,它能将输入的电能转换成机械能,即超声波。其表现形式是换能

器在纵向作来回伸缩运动。伸缩运动的频率等同于驱动电源供出的高频交流电流频率。变幅杆的作用一是固定整个超声波振动系统,二是将换能器的输出振幅放大。切割刀(工具头)一方面进一步放大振幅,聚焦超声波。另一方面是输出超声波,利用切割刀的类似刃口,将超声波能量集中输入到被切割材料的切割部位。该部位在巨大超声波能量的作用下,瞬间软化、熔化,强度大大下降。此时,只要施加很小的切割力,就可达到切割材料的目的。类似于常规切割,所需要的基本的构件是切刀和砧板,超声波切割机也由有两种基本结构。根据超声波施加位置的不同,我们不妨可以把它分成超声波切刀式切割机和超声波砧板式切割机。超声波切刀式切割机是直接将超声波能量加载到切刀上,切刀就变成一把带有超声波的切刀。在切割材料时,材料主要是被超声波能量软化和熔化的,切刀的刃口只是起到切缝定位、超声波能量输出、分隔材料的作用。这种切割方式适用于粗、厚、长等不方便设置砧板的材料的切割。超音波切割机适用于:如炼胶机输出的生胶分切、管子切割、冻肉、糖果、巧克力切割、印刷线路板、工业、首饰业、塑料制品加工、食品加工、印刷工业、汽车工业天然纤维分割(可分细线路)、合成纤维深挖(多层电路切断)、塑料外壳加工、薄的人造树脂括漆(适合大面积)所有型式的纸张和底胶片原产地(中国)或手持式切割机等等。完。

超声波高频振动车削工艺

超声波高频振动车削工艺 超声振动切削,是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。 1.工作原理 超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中,的有效切削时间很短,大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。与工件、切屑断续接触,这就使得所受到的摩擦变小,所产生的热量大大减少,切削力显著下降,避免了普通切削时的“让刀”现象,并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削,在普通机床上就可以进行精密加工,圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度,最高可达到接近零误差,使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比,不需要高的机床刚性,并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中,可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工,可以节约高昂的数控磨床购置费用。 2.性能指标 2.1切削力小,约为普通切削力的1/3-1/10。 2.2加工精度高,主要取决于所用机床精度,所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。 2.3切削温度低,工件保持室温状态。 2.4不产生积屑瘤,工件变形小,没有毛刺。 2.5切削表面粗糙度低,可接近理论粗糙度值,最高可达Ra0.2以下。 2.6被加工零件的“刚性化”,即与普通切削相比,相当于工件刚性提高。 2.7加工过程稳定,能有效消除颤振。 2.8切削液的冷却、润滑作用提高。

2.9耐用度呈几倍到几十倍提高。 2.10被加工表面呈压应力状态,零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。 2.11切削后的工件表面呈彩虹效果。 3.应用范围 由于超声振动切削有如此多的优点,所以可广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。 3.1难加工材料切削:如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。 3.2加工淬硬钢零件及超硬零件,能得到很高的加工精度和表面质量:用硬质合金可以很轻松地加工硬度达HRC60以上的淬硬钢零件,如高速钢、轴承钢等;用PCD加工硬质合金,可以大大提高的耐用度。 3.3成型切削:利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。 3.4细长杆件及薄壁件车削加工。 3.5超细直径零件车削加工。 3.6超精密加工。 产品相关词组: 超声波振动切削装置,超声波椭圆振动切削,超声切削,超声椭圆振动,超声振动切削加工中心,二维超声振动磨削,旋转超声钻削,振动切削,超声振动加工,椭圆超声振动微雕刻装置,高频椭圆振动切削,超声振动磨削,振动加工,超声椭圆振动切削,椭圆振动切削,振动车削,超声车削

超声波测距传感器(硬件件篇)

自制一个由你掌控的 —— 超声波测距传感器(硬件篇) 一、背景 四年多前,我曾尝试自己制作一个超声波测距传感器。 当时是想为 LEGO 的 RCX 配套,因为我是Semia 的技术支持,那时RCX 还没有配置任何测距传感器。由于可查阅的资料有限,且不详细,最后以失败告终 /(也许在网络搜索上我属于“菜鸟”)。 为了达到目的,只好选用了 Sharp 公司的 GP2D12。但自制超声波测距传感器的愿望一直没被遗忘。一是觉得超声波用于测距从原理上讲应该效果不错(GP2D12的测距范围太小,只有 10 — 80 cm);二是市售成品不够灵活,为了适应它还得做转换接口,费力耗财。 前段时间协助一个单位搞项目,涉及到超声波测距;有幸的是解剖了一款进口的超声波测距传感器 —— SensComp公司的6500,使我对相关原理和技术有了比较透彻的了解。 本想项目结束后立刻动手设计一个自己的传感器,后因忙于“圆梦小车”耽搁了。 现在圆梦小车已初具雏形,可以腾出一点时间,而且小车也需要一些传感器与之配套,便着手实现了这个夙愿。

基于嵌入之梦工作室的宗旨 —— 为学习单片机的大学生服务,将设计和制作的细节与大家分享,希望能有助于读者做出属于你自己的超声波传感器,也让和我有类似想法的人不至于再次失望于网络。 二、需求分析 ?能在测距范围上弥补 GP2D12 的不足,将距离延伸到 80cm以外; ?可以提供给大学生和爱好者 DIY,具有学习功能; ?方便自己随时修改程序,使学习的作用得以充分发挥; ?成品具有一定的使用价值,可方便的应用于小车等需要测距的装置上。 三、概要设计 总体设计参照 SensComp公司(https://www.wendangku.net/doc/1011555868.html,)6500测距模块,其核心是两片专用的超声波测距IC:TL851和TL852。 TL852是一片专门设计用于超声波接收、放大、检测的芯片,集成了可变增益、选频放大器,可通过四根控制线变换11级增益,对于检测超声波信号十分有效。 TL851 与TL852 配套,它可实现超声波发射及控制TL852的增益变换,通过定时控制增益,使TL852的增益与回波时间相匹配,一方面提高了检测的灵敏度,同时减小了干扰。 如果不能随时间变换增益,为增加检测距离,就需要加大灵敏度;而开始时灵敏度就很高,无疑会收到一些不想要的信号。(6500测距模块的相关资料及芯片资料见附件) 解剖此模块时,对TL852的功能十分感兴趣,当初我制作时就是“栽”在这个环节;而TL851的功能基本属数字控制范畴,输出还需要配合单片机才能得到结果,接口也不是十分灵活,笔者认为完全可以用单片机替代。 所以,本次设计的主要改变就是用单片机替换6500模块的TL851。 单片机还是选用圆梦小车所用的STC12系列,一是考虑是51兼容,符合国内多数教材;二是下载程序方便。此次选用的是 STC12LE4052(4K FlashROM,256 RAM)。考虑体积因素,选择了SOP20封装。

超声加工技术的现状及发展趋势

超声加工技术的现状及 发展趋势 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

超声加工技术的现状及发展趋势 前言:超声波加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料,或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工,或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声波加工技术是一种涉及面广且更新快的机械加工技术。结合近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声振动系统的研究进展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用,并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词:超声波加工、超声振动、声复合加工、应用、发展、 正文: 1、超声振动系统的研究进展及其应用 超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成,是超声设备的核心部分。在传统应用中,超声振动系统大都采用一维纵向振动方式,并按“全调谐”方式工作。但近年来,随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要,对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。 日本研究成功一种半波长弯曲振动系统,其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端,该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形,上下各两片,组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子),其特点是小型化,结构简单,刚性增强。日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系

统,并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合,制造了一台组合振动钻孔设备,该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量,并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。实验结果表明,将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。 另一种超声扭转振动系统已在“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。主要用作电火花加工后的模具异形(如三角形、多边形)孔和槽底部尖角研磨抛光,以及非导电材料异形孔加工。该振动系统的换能器采用按圆周方向极化的8块扇形压电陶瓷片构成,产生扭转振动。 2、超声加工技术应用研究 深小孔加工 众所周知,在相同的要求及加工条件下,加工孔比加工轴要复杂得多。一般来说,孔加工工具的长度总是大于孔的直径,在切削力的作用下易产生变形,从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说,会出现很多问题。例如,切削液很难进入切削区,造成切削温度高;刀刃磨损快,产生积屑瘤,使排屑困难,切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低,表面粗糙度值增加,工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。

功率超声振动加工技术教案

南通大学 Nan Tong University 功率超声振动加工技术 院系: 专业:自动化 班级: 学号: 姓名:李芸 关键词: 振动加工、换能器发生机理、熔焊、功率超声车削、珩磨技术 引言: 超声加工(ultrasonic machining),起源于20世纪50年代初期,是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法。超声加工系统,由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中,功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果,具有广泛的应用范围。由于功率超声加工技术具有许多优点,与其他加工技术相比较,常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此,在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。 正文:

一、超声加工的基本原理 超声加工时,高频电源联接超声换能器,由此将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动,其根幅仅0.005~0.01mm,再经变幅杆放大至0.05~0.lmm,以驱动工具端面作超声振动。此时,磨料悬浮液(磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下,高速不停地冲击悬浮液中的磨粒,并作用于加工区,使该处材料变形,直至击碎成微粒和粉末。同时,由于磨料悬浮液的不断搅动,促使磨料高速抛磨工件表面,又由于超声振动产生的空化现象,在工件表面形成液体空腔,促使混合液渗入工件材料的缝隙里,而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击,强化了机械抛磨工件材料的作用,并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除,实现了超声加工的目的。总之,超声加工是磨料悬浮液中 的磨粒,在超声振动下的 冲击、抛磨和空化现象综 合切蚀作用的结果。其中, 以磨粒不断冲击为主。由 此可见,脆硬的材料,受 冲击作用愈容易被破坏, 故尤其适于超声加工。 由超声发生器产生的高频 电振荡(频率一般为16~25千赫,焊接频率可更高)施加于超声换能器上(见图),将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅(双振幅为20~80微米),并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件,使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒,为循环的磨料悬浮液带走,工具便逐渐进入到工件中,加工出与工具相应的形状。 二、特点 ①不受材料是否导电的限制。 ②工具对工件的宏观作用力小、热影响小,因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。 ③被加工材料的脆性越大越容易加工;材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。 ④由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用,磨料的硬度应比被加工材料的硬度高,而工具的硬度可以低于工件材料。 ⑤可以与其他多种加工方法结合应用,如超声振动切削、超声电火花加工和超 声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声打孔的孔径范围是0.1~90毫米,加工深度可达100毫米以上,孔的尺寸精度可达 0.02~0.05毫米。表面粗糙度在采用 W40碳化硼磨料加工玻璃时可达Rα 1.25~0.63微米,加工硬质合金时可达Rα0.63~0.32微米。 ⑥切削力大及温度幅度降低,工件寿命大幅度提高。 ⑦大大节省能源,简化机床结构。 ⑧提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。

基于超声波传感器的障碍物检测课程设计

《智能仪器仪表设计基础》 课程设计报告 单位: 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导老师: 成绩: 设计时间:2013 年5月

指导老师提供的设计题目和要求 1、设计题目:基于超声波传感器的障碍物检测电路仿真设计 2、指导老师: 3、设计条件: [1]仿真软件可用Multisim10软件或者saber软件。 [2]超声波传感器详细参数: 工作频率:40KHz±1.0KHz 声压值:≥94dB(30cm/10Vrms sine wave) 灵敏度:≥-82dB/v/u bar(0dB=v/pa); 余振::≤1.2ms; -6dB方向性(度):60°±10° 电容:2000pf±10%; 最大输入电压(Vp-p):150(40KHz) 使用温度范围:-35℃—+80℃ 储藏温度范围:-40℃—+85℃ 4、设计要求: [1]设计电路包括超声波发射电路、超声波回波接收电路两部分。超声波发射电 路包括升压激励模块。超声波回波接收电路包括一级带通滤波电路、二级带 通电路、回波二值化电路组成。 [2]当在超声波发射电路输入端输入VPP=5V,Vmin=0V的方波信号时,超声 波发射电路输出端能输出VPP=100V~150V,f=40KHZ的一个激励信号。 [3]当在超声波回波接收电路输入端输出VPP=60mV~2V,f=40KHZ的正弦 波信号时,超声波回波接收电路输出端能输出电平信号。当在超声波回波接 收电路输入端输入低电平信号时,超声波回波接收电路输出端能输出高电平 信号。 [4]附加要求:请用虚拟仪器显示各个电路模块输入端信号及输出端信号 5、参考书目 [1]胡向东,刘京诚,余成波等编著,传感器与检测技术机械工业出版社,2009 [2] 张国雄主编测控电路机械工业出版社,第4版

超声波加工论文

超声波加工 摘要:超声波加工是利用工具断面的超声振动,通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域,特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展,超声波加工技术已逐步成熟,并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来,相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词:超声波;研究前沿;应用领域 引言:超声波随着技术的发展越来越为人们所应用,他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要,我们应该加快它的发展速度,为我们所用。 超声波加工(USM)是利用工具端面作超声频振动,通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果,其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液,并在工具头振动方向加上一个不大的压力,超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动,变幅杆将振幅放大到0.01~0.15mm,再传给工具,并驱动工具端面作超声振动,迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面,把加工区域的材料粉碎成很细的微粒,从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多,但由于每秒钟打击16000次以上,所以仍存在一定的加工速度。 与此同时,悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处,加速了破坏作用,而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环,使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语,用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波,通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器,实际用的最高频率的界限,是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔,例如在固体介质中传播,频率为25kHz的波长约为200mm;而频率为500MHz的波长约为0.008mm。 超声波和声波一样,可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大,所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中,超声波传播的速度c亦不同,例如c空气=331m/s;c水=1430m/s;

超声波传感器

超声波传感器的实验报告 一、超声波传感器的定义: 超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 超声波传感器的原理: 二、超声波传感器按其工作原理,可分为 1、压电式 2、磁致伸缩式 3、电磁式 压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。 根据正、逆压电效应的不同,压电式超声波传感器分为发生器(发射探头)和接收器(接收探头)两种,根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。 压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振,此时产生的超声波最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波,其声强可达几十瓦每平方厘米。 压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩,在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷,这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路,最后记录或显示出来。压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同,有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。 典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形,超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层,作为导电的极板,底面接地,上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片,在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质,吸收超声波的能量。

压电式超声振动系统开发设计

?机械制造?孔华?压电式超声振动系统开发设计 压电式超声振动系统开发设计 孔华 (南京理工大学械工程学院,江苏南京210094) 摘要:针对压电式超声振动系统中换能器和变幅杆的设计公式及步骤复杂的问题,提出利用 软件的二次开发,在UG软件平台上研究振动系统的三维造型的方法。开发结果表明该方法 可以很好的解决压电超声换能器和变幅杆在设计过程中存在的问题,简化了设计过程,缩短了 新产品的开发周期。 关键词:超声加工;振动系统;变幅杆;UG/OpenGRIP 中图分类号:THl2文献标志码:A文章编号:1671—5276(2012)04-0007-03 DevelopmentandDesignofPiezoelectricityTypeUltrasonicVibrationSystem KONGHu8 (SchoolofMechanicalEngineering,NJUST,Nanjing210094,China) Abstract:Forthecomplexissueoftheformulasandstepsindesignoftransducerandamplitudetransformerinpiezoelectricultra-sonicvibrationsystem,thispapermakesuseofthesecondarydevelopmentofsoftwaretostudythethree—dimensionalmodelingapproachofvibrationsystemonUGsoftwareplatform.Theresultsshowthatthedevelopedmethodcansolvetheproblemsexistinginthedesignprocessofpiezoelectricultrasonictransducerandamplitudetransformerandbeusedtosimplifythedesignprocessandshortenthedevelopmentcycleofnewproducts. Keywords:ultrasonicmachining;vibrationsystem;amplitudetransformer;UG/OpenGRIP 0引言 UG/OpenGRIP是UGS公司提供的UG软件包中的一个模块,用于UG二次开发。其与Unigraphics系统紧密集成,利用GRIP程序,可以完成与Unigraphics的各种交互操作。与常见程序语言相同,GRIP语言有完整的语法规则、程序结构、内部函数,以及与其他通用语言程序的相互调用等。GRIP程序要经过编译、链接、生成可执行程序后才能运行¨? 从20世纪末开始,超声振动加工技术与其他加工方式相结合,在深小孔加工、拉斯模型腔模具研磨抛光、超声复合加工等领域广泛应用,解决了许多关键性问题,取得了良好的效果。超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成,是超声设备的核心部分。 压电式超声振动系统的换能器和变幅杆产品形状虽简单,但是设计公式及步骤却很复杂。为提高超声振动系统设计效率,提出软件的二次开发,在UG软件平台上研究振动系统的三维造型方法,应用UG开发工具UG/OpenGRIP开发出超声振动系统CAD模块,挂接在UG用户界面匕,实现UG用户化‘“。 超声振动系统模型设计 超声振动系统一般由超声换能器、变幅杆和加工工具等组成㈦。其总体设计思想是换能器和变幅杆两者参数匹配但分别设计,之后通过装配完成超声振动系统总体设计。 1.1压电换能器模型设计 换能器是利用压电材料在电场作用下产生形变的特性。其主要性能指标包括:工作频率、功率、机械品质因数、机电耦合系数、换能器的阻抗特性、频率特性、方向特性等。4o。将压电材料做成片状,并在两面涂上银层作为电极,同时进行极化处理。当压电片两电极问加上电场时,会产生与交变电场同频率的交变形变,从而使压电片两面向外辐射声波。当外加电场频率与压电片固有频率相同产生谐振时,压电片振动最大,声辐射也最强烈。 压电片厚度方向逆压电效应表达式为 So=do÷(1) to 式中,do为沿厚度方向的压电常数;l。为压电片厚度;S。为沿厚度方向的伸缩应变;U为沿厚度方向所加电压。 后匹配块、两压电陶瓷片、电极三者的厚度之和做成四分之一波长,前匹配块的长度做成A/4或A3/4,以使换能器的总长度为A/2。后匹配块按照以下公式计算: tan”寻[r一等等]㈦ 其中:Zo2PocoSo;zI2PlclSl;≈2P3c3S3;m322;00= z0 2耵flo/co;03=2仰3/c3;T=cotOo—k2/吼 式中,C。为压电陶瓷片波速;C,为后匹配波速;c,为电极 作者简介:孔华(1983一),男,山东济宁人,硕士研究生,研究方向是引信技术与应用。 NlachineBuilding8Automation,Jun2012,41(4):7~9?7?万方数据

超声振动切削加工

超声振动切削加工的研究现状及进展 摘要:简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述,探讨了超声振动切削的切削机理。文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。 关键词:超声振动切削;难加工材料:切削机理 Research of vibration assisted turning cutting technology and

Its development Abstract:Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology. Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism 0 前言 超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上,使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。在20 世纪60 年代,日本隈部淳一郎先生就对该项技术做了大量的研究工作。

超声波振动切削原理

超声波振动切削原理 一、超声波振动切削原理 超声振动切削,是使刀具以20-40KHz的频率,沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削,在一个振动周期中,刀具的有效切削时间很短,一个振动周期内绝大部分时间里刀具与工件切屑完全分离,刀具与工件切屑断续接触,切削热量大大减少,并且没有普通切削时的“让刀”现象。?利用这种振动切削,在普通机床上就可以进行精密加工,圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度,最高可达到接近零误差,使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比,不需要过高的机床刚性,并且不破坏工件表面组织,在曲线轮廓零件的精加工中,可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工,可以节约高昂的数控磨床购置费用。 超声波振动切削用于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工,具有很大的优越性。超声波振动切削装置由超声波发生器、换能器、变幅杆及刀具等四部分组成,由超声波发生器发出的高频电讯号经换能器转化为高频机械振动,再由变幅杆将振动的振幅放大并施加到道具上,一般将换能器与变幅杆组成的部件称为声学头。 二、超声振动切削的优势特点 1.切削力小,约为普通刀具切削力的1/3—1/10; 2.加工精度高; 3.切削温度低,工件保持室温状态; 4.不产生积屑瘤,工件变形小,没有毛刺; 5.粗糙度低,可接近理论粗糙度值; 6.被加工零件的“刚性化”,即与普通切削相比,相当于工件刚性提高;

7.加工过程稳定,有效消除颤振; 8.切削液的冷却,润滑作用提高; 9.刀具耐用度呈几倍到几十倍提高; 10.工件表面呈压应力状态,耐磨性、耐腐蚀性提高; 11.切削后的工件表面呈彩虹效果。 三、超声振动切削的应用范围 (一)难切削材料的加工 不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料,由于力学、物理、化学等特性而难以加工,如采用超声振动切削则可化难为易。 (二)难加工零件的切削加工 如易弯曲变形的细长轴类零件、小径深孔、薄壁零件、薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件。 (三)高精度、高表面质量工件的切削加工 (四)排屑、断屑比较困难的切削加工 四、超声振动切屑的应用领域 广泛应用于航空、航天、军工等领域。

超声波加工的应用

超声波加工的应用及发展前景 摘要:随着生产发展和科学实验的需要,很多工业部门,尤其是国防工业部门,要求尖端科学技术向着高精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。因此,特种加工作为一个时代强音等上舞台,它就具备了上述特点。超声波加工是利用工具断面的超声振动,通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展,超声波加工技术已逐步成熟,并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来,相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词:超声波;研究前沿;应用领域;超声加工的应用 引言:超声波随着技术的发展越来越为人们所应用,他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要,我们应该加快它的发展速度,为我们所用。 超声波加工(USM)是利用工具端面作超声频振动,通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果,其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液,并在工具头振动方向加上一个不大的压力,超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动,变幅杆将振幅放大到0.01~0.15mm,再传给工具,并驱动工具端面作超声振动,迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面,把加工区域的材料粉碎成很细的微粒,从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多,但由于每秒钟打击16000次以上,所以仍存在一定的加工速度。 与此同时,悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处,加速了破坏作用,而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环,使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语,用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波,通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取

超声波旋转加工设备的详细介绍

超声波旋转加工设备的详细介绍 随着传统加工技术和高新技术的发展,超声波旋转加工技术的应用日益广泛,超声波旋转加工设备机理的研究日趋深入,随着技术的发展,对零件的加工精度、加工表面粗糙度和加工表面质量提出了很高的要求,因此使超声波旋转加工设备加工向精密与超精密加工方向发展是非常必要的,因此,越来越引起人们的重视而受到世界各国的瞩目。 一、超声波旋转加工设备的工作原理 超声波加工是利用工具端面做超声频振动,通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果,其中磨料的连续冲击是主要的。加工时,在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液,并在工具头振动方向加上一个不大的压力,超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动,变幅杆将振幅放大到0.01~0.15mm,再传给工具,并驱动工具端面作超声振动,迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面,把加工区域的材料粉碎成很细的微粒,从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多,但由于每秒钟打击16000次以上,所以仍存在一定的加工速度。与此同时,悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处,加速了破坏作用,而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环,使变钝的磨料及时得到更新。 二、超声波旋转加工设备的特点 第一超声波旋转加工设备可以使切削力大幅度降低,使摩擦热减小、刀具寿命提高和已加工表面粗糙度值减少,即有以下特点:

1)在钻铣过程中,刀具前面不是始终与工件保持接触状态,而是处于有规律的接触、分离状态。 2)有规律的脉冲冲击切削力取代了连续切削力。 3)刀具(或工件)的有规律强迫振动取代了刀具和工件无规律的自激振动。 4)切削力大部分来自刀具(或工件)的振动,刀具(或工件)的运动仅是为了满足工件加工几何形状而设置的。 第二在振动钻铣中,因振动提高了实际的瞬间钻铣速度,并以动态冲击力作用于工件,使得局部变形减少、作用力集中、瞬间切削力增大。从而获得较大的波前切应力,有利于金属的塑性脆化,减小塑性变形,利于切削。在超硬材料的加工方面,这一优点更为突出。 第三超声钻铣设备,在超声波的作用下有利于刀具的冷却。刀具的高速振动对刀具的散热十分有利,同时由于刀具的前面周期性脱离工件,使得切削液更容易进入刀具和工件之间,也增加了系统的散热能力。 三、超声波钻铣设备的应用范围 超声钻铣设备可加工一些普通钻铣床加工不了的材料,难切削材料的加工。如不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料,由于力学、物理、化学等特性而难以加工的材料等。主要适用行业有航空、汽车零件、电极制作、电子、计算机等相关配件及医疗器材、光学仪器等紧密组件的制造加工业,是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车等行业理想加工设备。

超声波传感器在使用中的常见问题及处理方法

超声波传感器应用起来原理简单,也很方便,成本也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点,比如,反射问题,噪音,交叉问题。 反射问题 如果被探测物体始终在合适的角度,那超声波传感器将会获得正确的角度。但是不幸的是,在实际使用中,很少被探测物体是能被正确的检测的。其中可能会出现几种误差:三角误差、镜面反射、多次反射。 噪音 虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz,远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如,电机在转动过程会产生一定的高频,轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音,机器人本身的抖动,甚至当有多个机器人的时候,其它机器人超声波传感器发出的声波,这些都会引起传感器接收到错误的信号。这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决,比如发射一组长短不同的音波,只有当探测头检测到相同组合的音波的时候,才进行距离计算。这样可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读。 交叉问题 交叉问题是当多个超声波传感器按照一定角度被安装在机器人上的时候所引起的。超声波X发出的声波,经过镜面反射,被传感器Z和Y获得,这时Z 和Y会根据这个信号来计算距离值,从而无法获得正确的测量。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型,报价,采购,参数,图片,批发等信息,请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/1011555868.html,。

超声波传感器原理及应用

[日期:2007-06-05] 来源:作者:[字体:大中小] 超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中,产生机械振动,发射出超声波。 接收原理是当超声波作用在磁致材料上时,使磁滞材料磁场变化,使线圈产生感应电势输出。 超声波传感器原理与应用 2008-04-18 02:40 超声波传感器原理及应用 信息来源:转载https://www.wendangku.net/doc/1011555868.html,发布时间:2008-01-02字号:小中大 关键字:超声波传感器 1、遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用 2、液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减,则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关,液面位置越高,信号越大;液面越低则信号就小。接收到的信号经BG1、BG2放大,经D1、D2整流成直流电压。当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时,有电流流过BG3,电流表有指示,电流大小与液面有关。A点与上图A点相连接。当液位低于设置值时,比较器输出为低电平。BG 不导通,若液位升到规定位置,比较器翻转,输出高电平。BG导通,J吸合,可通过电磁阀将输液开关关闭,以达到控制的目的(高位控制)。 超声波传感器 信息来源:https://www.wendangku.net/doc/1011555868.html,/ca.htm发布时间:2007-11-27字号:小中大 关键字:超声波传感器传感器压电陶瓷超声传感器超声波距离传感器 超声波传感器的测距系统设计图

信息来源:中国超声波发布时间:2008-03-17字号:小中大 关键字:超声波传感器 安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提,超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点,被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器,微处理器采用了atmel公司的at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20khz的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段,必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法tof(timeofflight)[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离,即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机构成。

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