为了锻炼学生的动手能力和结构创新能力,并提高教师的实践教学质量和效果,设计一种基于三维空间机构的教学用拆装实验装置。该实验装置可以进行拆卸实验和拼装实验,同时也可以观察机构的运动特征,有利于开发设计性综合实验。通过完成相关的实验,能够进一步培养学生运用创新思维去理解所学知识,让学生将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中。

铝蜂窝芯因具有特殊的薄壁网格状结构,传统加工方式往往伴随着变形和毛刺,这是限制铝蜂窝材料应用的关键因素。超声振动加工在减少加工缺陷方面具有很大的潜力。建立有限元模型并进行切削模拟,同时进行铝蜂窝芯切削实验,对铝蜂窝芯在不同振幅和不同主轴转速下切割的表面形貌进行探究,并对不同振幅下圆刀片的磨损程度进行对比。结果表明:与普通切削相比,纵扭复合超声振动切削能够获得更好的表面形貌,更有效地降低切削缺陷数目;随着振幅的增大,切削缺陷数目得到减少,刀具磨损程度得到降低,切削表面的均匀一致性也变得更好,但施加的超声振幅过高也会导致胞壁产生分离;主轴转速增大能够很好地改善胞壁变形和胞壁分离现象。同时,在1350~2700 r/min之内存在一个最佳转速,使得切削缺陷数目可以达到最少。

420马氏体不锈钢与Ti-6Al-4V钛合金是标准的难加工材料,车削时不易获得良好的切削质量,为此在C616普通车床上设计并安装了纵扭超声振动车削系统来提高其车削加工效果。介绍所设计的加工系统,利用该系统对两种难加工材料进行了有无超声振动的切削实验。结果证明:纵扭超声车削相比普通车削,能有效减少表面粗糙度,改变切削速度时表面粗糙度平均可降低约21.42%,改变切削深度时表面粗糙度平均可降低约15.61%,改变进给量时表面粗糙度平均可降低约21.01%;而且可以降低刀具磨损和取得更好的表面形貌和切屑形态,进而使纵扭式超声振动车削的切削质量优于普通车削。

高温合金在普通钻削中加工困难,不容易获得好的表面质量,超声振动钻削方法可以改善孔的加工质量。首先,对超声振动钻削孔加工的工作原理进行介绍,之后设计装置并对其中的变幅杆进行三维建模,应用ABAQUS软件平台,对超声振动钻削的变幅杆进行模态分析,生成了各阶频率下的模态阵型,得出最优频率。最后,在最优频率下,对高温合金材料进行超声振动钻削实际加工。研究结果表明,和普通钻削相比,超声振动钻削可以使高温合金孔表面粗糙度降低,表面质量较好。