基于ABAQUS超声振动钻削系统变幅杆模态分析

陈 硕

(1. 东北大学 机械工程与自动化学院 沈阳110819；2. 辽宁轨道交通职业学院 机械工程系 沈阳110023）

超声振动钻削属于振动切削的一个分支，加工工艺效果较好，可以提高孔的加工质量[1]，是钻削技术的一个创新发展。基于超声加工原理，超声振动钻削在普通钻削的基础上增加一个超声振动，使钻削按某种规律变化，使钻削效果得到较好的改善[2]。在加工过程中，钻头对工件是断续加工，相对于传统钻削工艺，取得了良好的钻削效果，能够避免传统钻削工艺的弊端，使钻削技术飞跃发展，受到了越来越多科研工作者的关注[3]。

超声振动钻削系统由换能器、变幅杆和钻头等部分组成，大部分采用轴向振动方式[4]。随着研究的进展以及各种精密加工领域实际应用的需要，振动系统的设计方式和应用研究都取得了新的进展[5]。超声变幅杆是超声加工系统中一个主要的部件，是换能器与钻头之间的桥梁，其主要作用是将换能器产生的振幅放大[6]。在振动中通过消耗最少的能量，实现钻头振动幅度放大的目的，使钻尖部分达到共同振动[7]。但变幅杆的振动状态很难计算，所以需要通过软件进行模态分析。

1 变幅杆的模态分析

1.1 工作原理

超声变幅杆可以放大振幅，首先理论分析，不考虑振动波在传播过程中的损耗，机械振动波的能量在变幅杆各截面是不变的，能量密度与截面面积成反比。截面面积越小，能量密度越大；反之，能量密度越小。当变幅杆共振时，振动放大效果最好。……