摘要超声加工技术是近30年来逐步发展的一种特种加工方法，并以它的工艺效果得到了广泛的应用。
由于它横跨机械学、电学和声学三个学科，因而也可把超声加工技术视为边缘学科。
超声加工，是指给工具或工件沿一定方向施加超声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。
超声波发生器的作用是，将220V或380V的交流电源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进行放大。
近20多年来，国外采用烧结或镀金刚石的先进工具，既作超声波频振动，同时又绕本身轴线以1000—5000r/min的高速旋转的超声波旋转加工，比一般超声波加工具有更高的生产效率和孔加工的深度，同时直线性好、尺寸精度高、工具磨损小，除可加工硬脆材料外，还可加工碳化钢、二氧化钢、二氧化铁和硼环氧复合材料，以及不锈钢与钛合金叠层的材料等。
目前，已用于航空、原子能工业，效果良好。
本文设计的超声波旋转加工机，包括整机的工具头、进给装置等机械结构设计和驱动元件的选择。
关键词:超声波；结构设计；旋转加工；变幅杆；换能器全套图纸，加153893706ABSTRACTThe technology of ultrasonic process is a special method process in recent 30 years, and it has a wide application because of its good crafty result. Since the technology of ultrasonic process is relative with mechanism, electricity and acoustics, it can be considered as frontier science.Ultrasonic process, it is a processing method which manufacture the work piece ultrasonic vibration at a direction. The system of ultrasonic process is consist of the manufacturing install of ultrasound, the ultrasonic transforming install, the pole of changed flap , the system of transmitting vibration, tools, and the system of craft, and so on. The function of the manufacturing install of ultrasound is to transform the 220 or 380 mains to the ultrasonic electric vibrating signal；the function of the ultrasonic transforming install is to transform the ultrasonic electric vibrating signal to the machining vibration；and the function of the pole of changed flap is to amplify the amplitude.The Rotary Ultrasonic Machining that the text designed, which include tools,feeding device etc. selection of driver is either included.Key words:Ultrasonic; Structure Design; Rotary Ultrasonic MachiningAmplitude Transformer；Transducer目录摘要.............................................................................................................. (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论.. (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题的意义 (2)1.3 超声加工的工艺效果 (3)1.3.1 切削力大幅度降低 (3)1.3.2 切削温度大幅度降低 (3)1.3.3 大幅度降低表面粗糙度，制和显著提高加工精度 (4)1.3.4 大幅降低切削温度 (4)1.3.5 提高了切屑液的使用效果 (4)1.3.6 提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性 (5)1.3.7 大大节省能源，简化机床结构 (5)1.4超声加工的应用范围 (6)1.5 本文的主要内容 (7)第2章总体方案 (8)2.1 加工头设计 (8)2.1.1 超声换能器 (8)2.1.2 超声变幅杆 (8)2.1.3 进给机构 (8)2.1.4 动力机构 (9)2.2 工作台设计 (9)2.3 本章小结 (9)第3章机械结构设计 (11)3.1 超声波换能器设计 (11)3.1.1晶体的压电效应 (11)3.1.2压电材料 (11)3.1.3压电换能器设计 (11)3.1.4基本理论 (12)3.2变幅杆的设计 (12)3.2.1变幅杆的作用 (12)3.2.2圆锥形变幅杆的计算 (13)3.3进给机构设计 (14)3.3.1滚珠丝杠 (14)3.3.2步进电机 (19)3.4工作头升降机构设计 (21)3.4.1电动机 (21)3.4.2联轴器 (22)3.4.3螺旋丝杠 (23)3.5滚珠丝杠的校核 (23)3.5.1静载荷计算 (23)3.5.2寿命计算 (23)3.6螺旋丝杠校核 (24)3.6.1耐磨性计算 (24)3.6.2自锁性计算 (25)3.7 轴承的校核 (25)3.8 本章小结 (27)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)第1章绪论1.1课题背景人耳可以听到的声波频率范围约为16-20000Hz。
低于16Hz的声波称为次声波，高于2000OHz的声波称为超声波。
人们还把频率为90.510Hz以上的声波称为特超声或微波超声。
人耳听不见次声和超声，而很多海洋动物能感受。
可见，此声波和超声波也是客观存在的自然现象。
由于人耳听不到超声，所以人们研究它比较玩。
直到上世纪生产和科学有了相当发展，对超声的研究和应用有了可能和需要之后，超声学才发展起来。
超声具有许多独特的性质和优点，所以超声学的发展很迅速，应用领域十分广泛，并有广阔的应用前景。
超声加工技术是功率超声应用的一个分支。
超声加工起源于20世纪50年代初期。
最早研究超声加工技术的国家是日本。
日本在甲府设立了专门的振动切削研究所，许多大学和科研机构也都设有这个研究课题。
日本研究超声加工的主要代表人物有两位：一位是中央大学的岛川正宪教授，《超音波工学—理论和实际》是他的代表作；另一位是宇都宫大学的限部淳一朗教授，《精密加工、振动切削基础和应用》是他的代表作。
日本研究人员不但把超声加工用在普通设备上，而且在精密机床、数控机床中也引入了超声振动系统，并且试图将超声加工引入超精密加工机床。
超声加工在日本已获得近百项专利，在生产中发挥了一定的作用。
前苏联的超声加工研究也比较早，二十世纪50年代末60年代初已经发表过很有价值的论文。
在超声车削、钻孔磨削、光整加工、复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效果。
他们对超声加工设备操作人员的技能等级共分为五级。
为了推动超声加工的应用，1973年原苏联召开了一次全国性的讨论会，充分肯定了超声加工的经济效果和实用价值，对这项新技术在全国的推广应用起到了积极的作用。
上世纪60年代初，美国开始了超声加工的研究工作。
由于当时超声技术还很不成熟，包括声振系统、换能器、发生器的设计制造和质量都较差，美国的研究工作曾经停顿了10年。
70年代中期，美国在超声钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已处于生产应用阶段；超声车削、钻孔、膛孔已处于试验性生产设备原型阶段；通用超声振动切削系统已供工业应用，目前已形成部分标准。
德国和英国也对超声加工的机理和工业应用进行了大量的研究工作，并发表了许多有价值的论文，在生产中也得到了积极的应用。
我国超声加工的研究始于上世纪50年代末，曾经掀起过群众性的“超声热”，由于当时超声波发生器、换能器、声振系统很不成熟，缺乏合理的组织和持续的研究工作，很快就冷了下来。
60年代末，哈尔滨工业大学应用超声车削，加工了一批飞机上的铝制细长轴，取得了良好的切削效果，但事后没有进行深入的总结和研究。
由于我国特定的历史条件，中断了这项新技术的研究工作十多年。
1976年以后，我国再次开展超声加工的试验研究和理论讨论工作。
吉林工业大学、广西大学及甘肃光学仪器厂等单位，率先进行超声车削设备及试验研究。
1982年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备，为我国超声加工在金属塑性加工中的应用填补了空白。
1983年10月，机械电子工业部科技司委托《机械工艺师》杂志编辑部在西安召开了我国第一次“振动切削专题讨论会”，会议充分肯定了振动切削在金属切削中的重要作用，交流了研究和应用成果，促进了这项新技术在我国的深入研究和推广应用。
1985年，机械电子工业部第11研究所研制成功超声旋转加工机，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶体等硬脆材料的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工中，取得了优异的工艺效果。
1989年，张云电研制成功超声布磨装置，在汽车、拖拉机、摩托车发动机气缸、炮管、油缸、煤矿液压支架等精密孔的晰磨加工中进行了生产应用，并通过了部级鉴定，填补了国内技术空白。
1990年，超声晰磨装置被列为国家级新产品。
1991年，张云电研制成功变截面细长杆超声车削装置，从根本上解决了节制杆、各种复杂形状的变幅杆、等截面细长杆精密加工的重大技术问题，对保证产品质量、提高制造技术水平有重大意义，这项新技术也已通过部级鉴定。
到1993年为止，我国已发表了300多篇有关超声加工方面的科学技术论文。