基于非线性动力系统理论的功率超声珩磨临界型颤振基础研究

功率超声珩磨颤振系统不仅包含物理磨削过程和机械振动环节，而且还包含高频振动和超声波传动系统，是一个典型振动波叠加系统。因此功率超声珩磨颤振机理的研究内容涵盖动态磨削物理过程及几何规律、机床振动、超声波振动等技术。目前功率超声珩磨加工中出现的临界型颤振现象的理论研究国内外还未见报道。本项目主要针对临界型颤震现象，借助动力学中的多自由度系统理论、断裂力学中的能量平衡理论、控制理论等，从运动学、动力学角度，建立功率超声珩磨加工的多自由度非线性动力学模型，分析功率超声珩磨运动特点，揭示功率超声珩磨临界型颤振的微观及宏观机理；研究空化效应对功率超声珩磨临界型颤振机理的影响；设计专用试验装置进行功率超声珩磨临界型颤振在线监测，通过功率超声珩磨加工表面试验研究，运用扫描电子显微镜观测功率超声珩磨临界型颤振振痕,探讨功率超声珩磨颤振的抑制手段。本项目在研究功率超声珩磨机理方面具有重要的学术意义和科研价值。

颤振机理的研究对精密与超精密加工技术的发展具有极其重要的意义。在本项目中，首先以单颗磨粒为研究对象，从位移、速度、加速度角度研究了功率超声珩磨临界型颤振的微观运动特点。以珩磨油石为研究对象，分析了功率超声珩磨的宏观运动特性：分离特性；冲击特性；变速特性；往复熨压特性。分别建立了切厚效应、速度效应、耦合效应下的数学模型，并对其进行了稳定性分析。以磨削区单个空化泡为研究对象，应用空化动力学、振动力学、流体力学、以及超声珩磨的基本理论，建立了功率超声珩磨磨削区单个、两个空化泡的动力学模型，并分别推导出磨削区单个、两个空化泡的辐射声压模型，在此基础上研究了空化泡在油石壁面附近的辐射声压。根据功率超声珩磨材料的去除特点分析了功率超声珩磨能量产生机理，研究了功率超声珩磨能量分配特点，建立了功率超声珩磨热的理论模型，针对功率超声珩磨的热力平衡方程进行解析，得到了功率超声珩磨加工过程中工件的温度场分布。在仿真分析基础上，进行了超声振动珩磨颤振捕捉试验，试验证实珩磨中压力的变化等能激发颤振。