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中文翻譯(1): 獲得超光滑晶體表面的研磨拋光工藝 摘要: 在適宜的工作環(huán)境下,采用柔性拋光工具和優(yōu)良拋光介質(zhì)加工獲得光潔度為埃等級(jí)的晶體表面的超精密研磨拋光工藝正在被廣泛研究，并根據(jù)建立的基礎(chǔ)模型,通過分析拋光過程中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來研究材料的去除機(jī)制,提出了表面粗糙度的概念。在實(shí)驗(yàn)室里，已經(jīng)通過采用二氧化硅磨料和K3球形拋光粉獲得一個(gè)光潔度1-2埃的超光滑晶體表面。 1、簡(jiǎn)介 隨著材料科學(xué)的顯著進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，各種各樣由最新研制的材料制造的設(shè)備的使用迅猛增加。但是在制作一個(gè)高性能的裝置時(shí),它往往必需采用研磨拋光工藝進(jìn)行處理。最近,對(duì)超精密加工技術(shù)的研究形成的先進(jìn)加工方法迅速發(fā)展,這對(duì)工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)顯著。當(dāng)通過提升研磨和拋光等方法來實(shí)現(xiàn)超精密加工時(shí),則必須提高傳統(tǒng)的拋光工藝的穩(wěn)定性或添加新的工作機(jī)制，以此確保獲得高質(zhì)量高精度的工作表面。文獻(xiàn)[1]顯示了當(dāng)在研磨拋光的過程中遇到較大的研磨顆粒時(shí)，軟質(zhì)磨料可以減少表面粗糙度的惡化。這對(duì)于獲得一個(gè)理想平滑的工作表面是非常重要的。合理選擇研磨劑對(duì)于獲得超光滑表面也是極其重要的。文獻(xiàn)[2]表明了采用二氧化硅超細(xì)粉末研磨劑可以實(shí)現(xiàn)超精密晶體表面的加工。在這篇報(bào)告還討論了在適宜的工作環(huán)境,采用柔性拋光工具和優(yōu)良拋光介質(zhì)的條件下，如何通過研究拋光過程中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)制來獲得一個(gè)無損傷埃級(jí)表面粗糙度的晶體表面的過程。 2、研磨和拋光的機(jī)理 研磨的效果與研磨劑的作用效果以及研磨工具材料的性能有著密切的聯(lián)系。特別是采用旋轉(zhuǎn)鏡面切削方法加工晶體表面過程中采用的研磨劑。在晶體表面產(chǎn)生的裂紋也是由于研磨劑的作用。這是研磨過程去除晶體表面材料的主要途徑。由于微裂紋的裂紋擴(kuò)張以及交叉,使得裂紋區(qū)域破碎分離，以此達(dá)到去除晶體材料的目的。處于晶體表面下的有效微裂紋的長度是大致相同的。載荷越高，微裂紋的長度越大。一般結(jié)論是:晶體表面下的微裂紋的平均傳播深度是研磨顆粒的三分之一。 研磨材料的性質(zhì)及研磨劑粉末是確保超光滑表面的基本條件。柔性拋光工具可以降低表面粗糙度 [1]，但是，如果在研磨拋光過程中遇到大磨料或顆粒，研磨劑的選擇、選擇合適的柔性拋光工具對(duì)于獲得理想的超光滑表面是十分重要的。 一般情況下，在研磨拋光過程中，超硬的研磨劑顆粒將會(huì)在加工材料表面產(chǎn)生凹槽。然而,這個(gè)機(jī)制并不適用于超精密拋光那些與研磨顆粒硬度相當(dāng)?shù)牟牧稀Ｋ砻髁瞬牧先コ倪^程機(jī)制,包括隨機(jī)初始點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的微裂紋以及在原子尺度的二氧化硅顆粒在晶體表面的爆炸性作用，都被視為超精密研磨拋光機(jī)制不可或缺的一部分[2]。 3、實(shí)驗(yàn)過程 3.1、最優(yōu)研磨參數(shù)的確定 研磨的基本過程是機(jī)械加工去除晶體表面多余部分材料的過程,所以研磨效率將會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)加工時(shí)間產(chǎn)生重要影響。另一方面,經(jīng)過研磨加工的材料表面質(zhì)量對(duì)拋光加工的時(shí)間以及表面完整性都會(huì)產(chǎn)生影響。試驗(yàn)表明,影響表面粗糙度以及研磨效率的參數(shù)有：研磨顆粒的性能和尺寸、研磨液濃度、研磨速度以及研磨壓力等等。 為確保晶體表面的研磨加工精度，把最初的石英晶體樣本全部調(diào)整到粒徑不少于0.5毫米。那么，他們的表面粗糙度會(huì)隨著可調(diào)研磨機(jī)調(diào)環(huán)上他們對(duì)應(yīng)的氧化鋁粉末研磨劑#1000 、#2000 和#4000 依次升高。研磨參數(shù)(研磨速度和研磨壓力)的改變會(huì)影響晶體的切削用量,它與切削用量之間的關(guān)系如圖1和2所示。 圖1顯示研磨速度與切削用量成正比。這是因?yàn)?研磨速度越高，單位時(shí)間內(nèi)由研磨劑顆粒產(chǎn)生的機(jī)加工微裂紋就越長；因此，切削用量也就越大。實(shí)驗(yàn)還表明研磨速度越高，表面粗糙度越小。 圖1 研磨速度與切削用量之間的關(guān)系 圖2 研磨壓力與切削用量之間的關(guān)系 圖2顯示的是研磨壓力與切削用量之間的關(guān)系。這表明切削用量與研磨壓力之間成正比。這是因?yàn)?，隨著研磨壓力的增加，每一個(gè)研磨顆粒在單一試件表面的作用以及在試樣表面之下微裂紋的長度都相對(duì)增加;這一點(diǎn)也使切削用量增大。但提高研磨壓力并不是無限的,當(dāng)壓力增加太多時(shí)，晶體將會(huì)破碎。 圖3(1)-(c)顯示了相應(yīng)的#1000 # 2000 和#4000 氧化鋁磨料粒度的研磨劑研磨作用后的晶體試樣的表面粗糙度。 結(jié)果表明，研磨劑顆粒越細(xì)小,每一個(gè)單一的研磨劑顆粒在晶體表面的劃痕壓痕也越小，產(chǎn)生的表面微裂紋的長度也越小。因此，表面粗糙度越小，相應(yīng)的切削用量也越小。圖4顯示了磨料顆粒粒度、切削用量和表面粗糙度三者之間的關(guān)系。 為了獲得更高的質(zhì)量并保證較高的切削用量，研磨參數(shù)的合理選擇范圍如下：研磨液濃度20 - 30 wt. %，研磨速度80 - 170米/分鐘,研磨壓力100 -150克/平方厘米。 3.2、超精密拋光加工 研磨后,用蒸餾水將試樣擦拭干凈，將脫脂棉用丙酮濕透。然后把石英晶體樣本與不銹鋼夾具一起固定在可調(diào)環(huán)形拋光機(jī)器上。為獲得一個(gè)埃級(jí)光滑表面粗糙度的晶體表面，我們采用軟質(zhì)K3球形拋光劑(4毫米每槽)以及二氧化硅粉末作為拋光介質(zhì)來拋光晶體樣本表面。 首先,晶體試樣是由粒徑0.3 mmCeO2的拋光粉在拋光機(jī)的的作用下，經(jīng)過210分鐘去除受損的晶體表層所產(chǎn)生的。然后，由光潔度500埃的優(yōu)質(zhì)二氧化硅粉末拋光獲得超光滑晶體表面。 圖3 研磨后的晶體表面粗糙度輪廓 圖4 研磨劑顆粒粒度、切削用量和表面粗糙度的關(guān)系 圖5 拋光劑顆粒粒度、切削用量和表面粗糙度的關(guān)系 圖6 三氧化二鐵拋光后的表面粗糙度輪廓(Talystep) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程都是在無塵環(huán)境下完成的。拋光條件如下：拋光壓力18 g /平方厘米,拋光速度快143.4米/分鐘。 4、結(jié)果和討論 為了研究相同拋光條件下幾種拋光粉粉末，我們對(duì)拋光結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。圖5顯示的是晶體在不同拋光粉作用下的切削用量。圖6 - 8顯示的是各自的表面粗糙度輪廓特性與Fe2O3, CeO2 and SiO2磨料之間的關(guān)系。 由圖5計(jì)算的相應(yīng)于Fe2O3, CeO2 and SiO2磨料的切削用量是1.4、7以及8.4埃/秒，最大粗糙度是15、25以及1 – 2埃。在由二氧化硅粉末拋光作用的表面上,最大粗糙度在1 – 2埃以內(nèi)。這個(gè)結(jié)論意味著獲得超光滑石英晶體表面是通過考慮拋光工序過程中相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而來的。材料的去除是在原子尺度上完成的。 圖7 由CeO2拋光后的表面粗糙度輪廓 圖8 由SiO2拋光后的表面粗糙度輪廓(Talystep) 5、結(jié)論 石英晶體的研磨參數(shù)的最佳選擇范圍是實(shí)驗(yàn)獲得的。傳統(tǒng)的光學(xué)拋光法已經(jīng)被改良以保證獲得超光滑晶體表面。軟質(zhì)K3球形拋光粉以及二氧化硅粉末被應(yīng)用于拋光實(shí)驗(yàn)以獲得一個(gè)埃級(jí)表面粗糙度的石英晶體表面： (1)晶體研磨過程中的研磨劑顆粒的機(jī)械運(yùn)動(dòng)包括滾動(dòng)和鏡面微切削。 (2)研磨劑顆粒的滾動(dòng)形成凹坑和微裂紋，它的鏡面微切削在晶體表面作用形成劃痕和裂縫。 (3)研磨速度和研磨壓力正比于晶體的切削用量。研磨顆粒粒度越小，產(chǎn)生的表面粗糙度就越小，切削用量也越低。 (4)確定研磨參數(shù)的選擇范圍：研磨液濃度20 - 30 wt. %,研磨速度80 - 170米/分鐘,研磨壓力100 - 150克/平方厘米。 (5)拋光材料和拋光粉的性能是確保獲得超光滑表面的必要條件。 (6)在給定試驗(yàn)條件下,可以獲得光潔度1 – 2埃的晶體表面。 (7)二氧化硅粉末拋光的材料去除率是1.4 埃/ 秒,這確定了其材料的去除是在原子尺度上的。 致謝 由衷感謝浙江省自然科學(xué)基金(501097)和浙江省青年科技人才培養(yǎng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目 (RC RC02066)的大力財(cái)政支持。 參考文獻(xiàn) [1] T. Kasai, K. Horio, T. Karaki-Doy, Ann. CIRP 39 (1) (1990). [2] J.L. Yuan, Z.F. Tong, SME MR 91-193, 1991 中文翻譯(2): 降低超聲波切割骨骼時(shí)切削溫度的方法 摘要: 超聲波切割工藝廣泛應(yīng)用于食品加工以產(chǎn)生一個(gè)干凈整齊的切口。然而,它還沒有被采納作為醫(yī)療器械應(yīng)用于骨科手術(shù)中,主要由于它生成的切口位置具有較高的溫度,相應(yīng)的就要求使用額外的冷卻。例如,如果切削溫度達(dá)到55-60 C以上時(shí),特別是溫度持續(xù)期間,骨頭組織會(huì)發(fā)生壞死,危及術(shù)后康復(fù)。 最近，筆者的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示,自然界中的熱響應(yīng)材料,例如木頭和骨骼,容易受到它所吸收的超聲波能量以及切口位置的熱傳導(dǎo)的影響。在這篇研究報(bào)告中，切削參數(shù)間的相關(guān)性,例如激波振動(dòng)速度、載荷頻率和耦合接觸調(diào)諧條件下對(duì)熱響應(yīng)進(jìn)行研究和報(bào)道,結(jié)果表明,通過控制切削參數(shù)使它在安全的切削溫度范圍內(nèi)工作是可以實(shí)現(xiàn)的。因此,作者提出了一種新穎的切削葉片輪廓以降低切口位置產(chǎn)生的摩擦熱。通過一系列利用新鮮的牛股骨頭切割實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明, 可以通過選擇合適的切割參數(shù)和葉片輪廓來降低切削溫度以及熱損傷。 1、簡(jiǎn)介 骨骼切削工具,例如鉆頭、鋸子和鑿子，可為外科醫(yī)生提供有限的精度和機(jī)動(dòng)靈活性[1],并且經(jīng)常導(dǎo)致骨組織燃燒,形成的碎片對(duì)鄰近組織造成損傷。另一種骨骼切割裝置是超聲刀,圖1(a),是將縱向振動(dòng)模態(tài)頻率調(diào)節(jié)到低頻超聲波范圍(20 - 100千赫)。這項(xiàng)研究有利于超聲波切割壞硬組織包括消除切屑、降低反應(yīng)程度以及產(chǎn)生更精準(zhǔn)的切口。 超聲波骨科手術(shù)不是一個(gè)新概念,它的作業(yè)設(shè)備可以追溯到1957年[2]。然而,工具的限制和傳感器的設(shè)計(jì)以及缺乏合適的方法進(jìn)行功率微調(diào)控制,大大限制了早期技術(shù)的發(fā)展。在過去的15多年里,伴隨著傳感器的設(shè)計(jì)和改進(jìn),以及更復(fù)雜的機(jī)電一體化功率控制的發(fā)展，超聲外科手術(shù)設(shè)備得到了更新并快速發(fā)展[3]。 當(dāng)前的超聲骨切割手術(shù)的挑戰(zhàn)在于在不超過骨頭壞死溫度的情況下，可調(diào)諧系統(tǒng)能否為超聲切割刀具提供足夠的聲功率來切除壞硬組織。要克服組織燃燒問題、超聲波切割裝置通常需要加進(jìn)冷卻系統(tǒng),能為切口位置提供水（或鹽水)[3,4],但是這又提出了交叉感染的問題。這項(xiàng)研究顯示了如何控制切削溫度,通過研究切削參數(shù)以及切削刃幾何參數(shù)對(duì)切削溫度的影響，目的在于設(shè)計(jì)出有能力在骨骼切割中切割深切口而不需要冷卻系統(tǒng)的超聲波切割設(shè)備。 圖1 (a)超聲波切割系統(tǒng)的原理,(b)超聲波切割牛骨在不同靜負(fù)載下的溫度響應(yīng) 2、超聲波切割中的熱響應(yīng)特性 作者先前的研究表明, 時(shí)測(cè)的不同材料的超聲波切割熱響應(yīng),表現(xiàn)出兩個(gè)溫度峰[5,6]。圖1顯示一個(gè)典型牛股骨頭樣本(b)測(cè)量的熱響應(yīng)。人造股骨和幾個(gè)等級(jí)的木頭測(cè)定的熱響應(yīng)定性相似。 測(cè)量反應(yīng)時(shí)的第一個(gè)頂峰溫度是由于物質(zhì)樣品吸收葉片震動(dòng)產(chǎn)生的超聲波能量所產(chǎn)生的。溫度峰值的大小隨著作用在葉片上的靜載荷的增加而增加,因?yàn)殪o態(tài)負(fù)荷的增加提高了葉片和材料之間的耦合。時(shí)域響應(yīng)與測(cè)量傳感器在標(biāo)本上的位置無關(guān)[4]。 測(cè)量反應(yīng)是的第二個(gè)頂峰溫度是由于葉片滲入材料組織時(shí)葉片和標(biāo)本之間的摩擦熱的熱傳導(dǎo),導(dǎo)致溫度逐步增加,即在測(cè)量過程中測(cè)定溫度的衰退期。在這種情況下,反應(yīng)時(shí)間取決于傳感器在標(biāo)本中的位置。同樣的切削深度,測(cè)量溫度的峰值傳導(dǎo)的響應(yīng)隨著靜態(tài)載荷的降低而降低,主要因?yàn)檫@種切割出現(xiàn)的非?？?。 3、葉片輪廓的設(shè)計(jì)對(duì)溫度的影響 為當(dāng)前研究設(shè)計(jì)制造四個(gè)鈦合金超聲波切割刀片，并將它們調(diào)節(jié)在兩種截然不同的縱向共振頻率(圖2)。使用有限的元分析(FEA)確定刀片的尺寸。刀身共振頻率基本調(diào)整為兩個(gè)19.5千赫和兩個(gè)35千赫。 雖然葉片被要求來調(diào)整成不同的長度，但是振動(dòng)幅度保持不變,設(shè)計(jì)的每一個(gè)刀片的輪廓也都保持一致。 先前的切割實(shí)驗(yàn)顯示,樣品溫度與吸收超聲能量可以達(dá)到的峰值溫度有關(guān),溫度高于正常會(huì)引用骨組織壞死。然而,眾所周知的是壞死溫度并不是一成不變的,它取決于骨組織經(jīng)歷高溫的持續(xù)時(shí)間。事實(shí)上,骨組織能承受高溫的時(shí)間如果很短的話是沒有熱損傷[7]。 圖2 35千赫(短)和19.5千赫(長)超聲波切割刀片(a)和(b)定切削刃的部分(簡(jiǎn)介1)和(c),(d)鋸齒狀的尖端部分(側(cè)面2) 實(shí)驗(yàn)還表明,暴露的條件下切割股骨頭時(shí)，延長間隔的高溫會(huì)產(chǎn)生摩擦熱。這項(xiàng)研究旨在調(diào)查葉片輪廓對(duì)超聲波切割骨的期間切削溫度的影響,特別是不同輪廓的刀片和骨頭之間的關(guān)系對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的影響。因此,兩個(gè)不同切割邊緣輪廓的刀具,一個(gè)具有刃部保持不變和尖端(刀片簡(jiǎn)介1),另一個(gè)具有相同的尖端并呈鋸齒狀 (葉片輪廓2)。 3.1、 實(shí)驗(yàn)器材 該實(shí)驗(yàn)是切割牛股骨樣品，如圖3(a)所示。樣品被切碎并用金屬板夾緊綁在一個(gè)水平的導(dǎo)軌上。變頻控制器和刀組合安裝在一個(gè)可以沿著導(dǎo)軌自由滑動(dòng)的滑塊上。為了研究施加的靜態(tài)力的影響,采用一個(gè)由滑輪、纜繩和砝碼連接在滑塊的一側(cè)組成的系統(tǒng)。用千分尺記錄下每次剪斷后測(cè)得的深度。 采用六個(gè)熱電偶均勻分布來測(cè)量溫度，使其排成兩排，每排三個(gè)，放在切割線的兩側(cè),如圖3(b)描述。在每一行的三個(gè)熱電偶放在距離樣本頂部5、10和15毫米處。1 – 3號(hào)探測(cè)器和1和4 – 6號(hào)探測(cè)器相應(yīng)的放置在距離切割線的1毫米和2毫米處。 3.2、 切割邊緣輪廓、頻率調(diào)整以及振動(dòng)頻率對(duì)樣本溫度的影響 首先,利用兩個(gè)調(diào)諧到35 kHz的刀片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將兩葉片配置(型材1和2)的超聲波振幅調(diào)節(jié)到23微米,并經(jīng)行測(cè)試得到一組在20 - 75 牛范圍內(nèi)變化的靜態(tài)負(fù)載。對(duì)于每個(gè)切削實(shí)驗(yàn)樣品的溫度監(jiān)測(cè)時(shí)間為300秒,在未切割的時(shí)間里，允許標(biāo)本回到室溫。 圖4反映了放置在骨標(biāo)本的六個(gè)熱電偶探測(cè)到的結(jié)果,當(dāng)使用35千赫葉片和型材1和2和靜態(tài)負(fù)荷20 N的情況下,如下所示?？梢悦黠@看到，當(dāng)采用鋸齒形刀片時(shí)，探測(cè)到的溫度明顯偏低，如圖4(b)所示,特別是探測(cè)器1探測(cè)的峰值溫度40 C明顯降低。 這些改進(jìn)源于熱力學(xué)條件切割過程中減少刀片和樣本之間的摩擦接觸面積。這也產(chǎn)生一個(gè)更快切割和便利地從切口位置去除骨碎片。作為一個(gè)結(jié)果,通過摩擦加熱碎片燃燒,先前被當(dāng)作損傷骨組織的主要原因是可以降低的[5,6]。 圖3 (一)超聲波切割實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材和(b)樣本中的熱電偶分布 圖4 使用兩個(gè)35千赫、葉片輪廓(a)和(b)1葉片輪廓2，六個(gè)熱電偶分布在樣本上測(cè)量的溫度顯示 圖5 不同切削刃輪廓1和2,都是35 kHz,尖端振動(dòng)幅值(a)和(b)為23微米和40微米的激光束，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)負(fù)荷對(duì)峰值溫度的影響 應(yīng)用靜態(tài)載荷對(duì)溫度的影響,可以用圖5所示的刀片型材1和2，尖端振幅23微米和40微米的激光束。在本圖中, 葉片輪廓葉片1和2記錄的不同的切削溫度峰值與應(yīng)用靜載荷成反比。這些測(cè)量值一致記錄了當(dāng)使用葉片輪廓2時(shí)峰值溫度的下降。出現(xiàn)某些少量的趨勢(shì)偏離是由于探頭定位時(shí)的輕微錯(cuò)誤。 使用同樣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行19.5千赫葉片在任意頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的切削溫度。每個(gè)葉片都是40微米的振幅,像35千赫葉片在23微米的激光振幅下操作一樣給予同樣的激波振動(dòng)速度。在先前的研究中, 超聲波切割實(shí)驗(yàn)論證了振動(dòng)速度對(duì)振動(dòng)參數(shù)的影響 [6]。 通過比較圖6和圖5(a)可以看到，葉片輪廓1和2之間測(cè)量的結(jié)果要比35千赫刀片下測(cè)量的結(jié)果差別性很小,因此,19.5千赫切的削溫度的峰值并非如此依賴于切割邊緣輪廓的激波振動(dòng)速度。再次,在19.5 kHz時(shí),刀片輪廓2比刀片輪廓1的切割速度快得多。 4、改進(jìn)葉片振動(dòng)性能的設(shè)計(jì)方法 盡管切削刀片調(diào)整為縱向模式,它曾明確指出,切削性能與調(diào)諧后的刀片的振動(dòng)特性緊密相關(guān)。在這種情況下,我們發(fā)現(xiàn)將葉片輪廓2調(diào)諧為19.5千赫時(shí)，表現(xiàn)出來的切削效果比預(yù)期還要差，這表明35千赫和19.5千赫的葉片對(duì)于切削溫度有不同的影響。因此, 進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于葉片輪廓2調(diào)諧為19.5千赫下的振動(dòng)特性研究。 圖6 對(duì)不同靜載荷使用19.5千赫葉片和40微米幅值的激光束下測(cè)量的切削刃輪廓1和2的峰溫差 4.1、線性和非線性模態(tài)耦合 振動(dòng)特性可以通過三維激光的多普勒效應(yīng)（LVD）的模態(tài)分析(EMA)實(shí)驗(yàn)和LMS模態(tài)分析軟件來確定。圖7(a)顯示一個(gè)側(cè)面角度測(cè)量的調(diào)整模型,這對(duì)于揭示彎曲葉片的縱向模式具有重大貢獻(xiàn)。圖8(b)顯示了發(fā)生在非常接近縱向模態(tài)頻率的彎曲模式,而且它是調(diào)諧頻率下模態(tài)耦合的原因。 圖7 由(a) EMA和(b)FEA有限元分析確定調(diào)諧縱向模式 圖8 縱向耦合彎曲模式(a)和(b)彎曲模式的EMA的模態(tài)數(shù)據(jù) 圖9 19.5千赫縱向模式下的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 此外,當(dāng)這個(gè)裝置在調(diào)諧頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),大量的能量泄漏進(jìn)入一個(gè)內(nèi)在的模態(tài)來響應(yīng)調(diào)諧頻率的一半,這是主參數(shù)共振的特色[8],如圖9所示。9.9千赫下產(chǎn)生的內(nèi)部響應(yīng)模式與刀片的扭轉(zhuǎn)模式相呼應(yīng),如圖10。 4.2、通過輪廓變更來提高葉片調(diào)整響應(yīng) 我們已經(jīng)闡明了19.5千赫葉片的振動(dòng)測(cè)量反應(yīng)的特點(diǎn)是兩個(gè)線性的非線性模態(tài)之間的相互作用。這類能量泄漏會(huì)影響切削過程中的熱響應(yīng),因此,重新提出了消除這些影響的設(shè)計(jì)方法。要求是, 在不改變?nèi)~片長度并在葉片輪廓保持足夠的振幅從而允許刀片操作刀尖獲得必須的振幅的情況下將不調(diào)諧的彎曲模式以及扭轉(zhuǎn)模式和縱向模式分離開[9,10]。 將兩個(gè)鋸齒狀的刀片合并來改變?nèi)~片寬度,如圖11(b)(葉片輪廓3)所示。新刀片彎曲模式頻率下測(cè)量的EMA數(shù)據(jù)有一個(gè)重大轉(zhuǎn)折,將彎曲模態(tài)響應(yīng)與調(diào)諧縱向模式響應(yīng)分離。同時(shí),縮進(jìn)寬度輪廓明顯影響扭轉(zhuǎn)模式模態(tài)頻率,實(shí)現(xiàn)了頻率下降1.1 kHz,導(dǎo)致非線性模態(tài)耦合被剔除。改進(jìn)的葉片對(duì)刀尖的單一線性頻率響應(yīng)振幅達(dá)到55微米。 5、葉片輪廓3對(duì)溫度的影響 用19.5千赫的葉片輪廓3，40微米刀尖振幅進(jìn)行了進(jìn)一步的切削溫度測(cè)量。圖12顯示了隨著靜載荷的增加，19.5千赫切削刀片1號(hào)和3號(hào)的峰值切削溫差。盡管提高了切削速度,由于新設(shè)計(jì)型材3、消除模態(tài)相互作用 圖10 (a) EMA和(b)FEA有限元分析測(cè)定的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)模式 圖11 頂視圖:(一)初始19.5千赫鋸齒狀葉片輪廓(葉片輪廓2),(b)新設(shè)計(jì)的具有額外寬度的呈鋸齒狀葉片輪廓(葉片輪廓3) 圖12 在19.5千赫和刀尖幅值:(a)微米和(b)55微米的情況下，不同切削刃輪廓1和3靜態(tài)載荷下的峰值差 振動(dòng)特性作為實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)影響因素,利用設(shè)計(jì)的這種刀片沒有顯著降低溫度。在一個(gè)更高的超聲波振幅，即55微米,樣本記錄了溫度的降低。結(jié)果表明,在19.5 千赫時(shí),影響切削刃結(jié)構(gòu)溫度在較高的超聲波振幅下更明顯(見表1)。 6、結(jié)論 葉片輪廓對(duì)切削溫度的影響正在被加以研究,以探討在超聲波切割骨頭時(shí)控制溫度的方法。結(jié)果表明減少葉片和樣本之間的接觸面積可以降低樣品溫度。特別是,在更高的調(diào)諧頻率下, 在靜態(tài)負(fù)荷變動(dòng)范圍內(nèi)呈鋸齒狀切割邊緣輪廓的刀片可以始終如一的降低切削溫度，而且兩個(gè)刀尖振幅滿足使用要求。然而,在較低的調(diào)諧頻率下,明顯的降低溫度只有更高刀尖的振動(dòng)振幅下獲得。葉片振動(dòng)對(duì)刀片的影響更加顯著,并且，它顯示了如何改變?nèi)~片輪廓可消除線性的非線性模態(tài)之間的相互作用,從而消除這些在切割實(shí)驗(yàn)中的影響。 參考文獻(xiàn) [1] J.Y. 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Pro/E或Solidworks作圖(是否仿真自定) 　 二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 第1周：課題熟悉 資料查閱 第9周：主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第2周：開題報(bào)告 文獻(xiàn)綜述 第10周：設(shè)計(jì)零件 第3周：擬定總體方案 第11周：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第4周：總裝圖草案、初定主要結(jié)構(gòu) 第12周：pro/E或solidworks作圖 第5周：機(jī)動(dòng) 第13、14周：說明書（論文）撰寫 第6周：畢業(yè)實(shí)習(xí) 第15周：說明書（論文）設(shè)計(jì)審核 第7周：畢業(yè)實(shí)習(xí)及實(shí)習(xí)報(bào)告 第16周：說明書（論文）設(shè)計(jì)審核 第8周：設(shè)計(jì)總裝圖、修改總裝圖 第17周：答辯 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 系： 機(jī) 械 工 程 系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 實(shí)習(xí)日期： 2008 年4月18日至2008年4月23日 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 實(shí)習(xí)時(shí)間：2008年4月18日至2007年4月23日 指導(dǎo)老師：譚立新、胡競(jìng)湘、王敏之、郭建新、鐘定清 實(shí)習(xí)目的：畢業(yè)實(shí)習(xí)是學(xué)生在校期間的最后一次實(shí)習(xí)，是進(jìn)行工程訓(xùn)練的重要實(shí) 踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，是進(jìn)一步的理解、消化、掌握課堂上 所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的重要步驟，通過畢業(yè)實(shí)習(xí)，可以開闊眼界，了解本行業(yè) 的生產(chǎn)現(xiàn)狀，了解產(chǎn)品機(jī)械制造過程，熟悉制造工藝，并了解民營企業(yè)和國營企 業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理模式。同時(shí)，提前感受商品經(jīng)濟(jì)中的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為畢業(yè)生 走上工作崗位做好思想準(zhǔn)備，幫助畢業(yè)生做好自己的職業(yè)規(guī)劃。并要求我們： 1. 了解機(jī)械制造工廠的生產(chǎn)概況及生產(chǎn)組織和管理的一般情況； 2. 重點(diǎn)了解工廠機(jī)械制造的工藝過程，采用的設(shè)備和工藝裝備等，獲得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際知識(shí)； 3. 加強(qiáng)理論和實(shí)踐的聯(lián)系，學(xué)習(xí)分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的方法，培養(yǎng)自學(xué)和學(xué)生獲取知識(shí)的能力，為專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)； 4. 通過深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)習(xí)工人階級(jí)的優(yōu)秀品質(zhì)和先進(jìn)思想，提高學(xué)習(xí)的自覺性，做到德、智、體全面發(fā)展。 5．了解機(jī)械工業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，為將來走入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 實(shí)習(xí)記錄： 4月20日上午 廣州機(jī)床廠有限公司（廣州番禺） 公司簡(jiǎn)介： 廣州機(jī)床廠成立于1958年，以當(dāng)時(shí)廣州市勞動(dòng)局工人技術(shù)學(xué)校為基礎(chǔ)組建成立，廣州市原市長朱光親筆題了“廣州機(jī)床廠”廠名。上世紀(jì)六十年代以C615車床為主，七十年代自行設(shè)計(jì)試制出具有特色的C6132型普通車床。最具代表性的是制造出超重型的12米龍門刨床。 1978年改革開發(fā)以后，企業(yè)積極發(fā)展外向型經(jīng)營，車床出口量連續(xù)11年穩(wěn)居全國同行首位，連續(xù)三年出口創(chuàng)匯超千萬美元。企業(yè)已科技立廠、優(yōu)質(zhì)取勝的理念全力打造“三環(huán)箭”車床品牌，并實(shí)施專業(yè)化生產(chǎn)方式，形成了以珠江三角洲、長江三角洲以及東南亞市場(chǎng)為主導(dǎo)的產(chǎn)品營銷格局。1984年主導(dǎo)產(chǎn)品C61/232A1、C61/232B車床獲得了國家車床最高質(zhì)量等級(jí)“銀質(zhì)獎(jiǎng)”。 2000年起對(duì)廣州市機(jī)床工具行業(yè)進(jìn)行企業(yè)兼并，組織實(shí)施了易地改造、資產(chǎn)重組、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的一系列工作。企業(yè)整體搬遷到番禺區(qū)大石鎮(zhèn)，實(shí)施了《發(fā)展數(shù)控產(chǎn)品擴(kuò)大出口市場(chǎng)》的國債技術(shù)改造項(xiàng)目和啞鈴式生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，大大提升了企業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)品水平，企業(yè)各類數(shù)控機(jī)床有六大類上百品種，車床年產(chǎn)量達(dá)5000臺(tái)，其中數(shù)控產(chǎn)品產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到50%?！叭h(huán)箭”牌車床產(chǎn)品獲得廣東省著名商標(biāo)、廣東省名牌產(chǎn)品稱號(hào)。 2004年7月起，公司以實(shí)現(xiàn)跨躍式發(fā)展為目標(biāo)制定新的十年發(fā)展規(guī)劃綱要，與國際、國內(nèi)知名企業(yè)合作生產(chǎn)各類專用設(shè)備，企業(yè)具備了強(qiáng)勁的可持續(xù)發(fā)展的能力和后勁，被定為廣東省裝備制造業(yè)重點(diǎn)企業(yè)、國家機(jī)電產(chǎn)品出口基地。 實(shí)習(xí)內(nèi)容： 4月21日上午我們?cè)谕趺糁?、譚立新、胡競(jìng)湘、鐘定清、郭建新老師的帶領(lǐng)下坐地鐵來到了位于廣州市番禺區(qū)大石鎮(zhèn)石北工業(yè)區(qū)?的廣州機(jī)床廠有限公司進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)參觀。 我們?cè)谠搹S副總的引領(lǐng)下參觀了該廠從國外引進(jìn)的幾臺(tái)先進(jìn)設(shè)備，其中有一能同時(shí)加工五個(gè)面的數(shù)控加工中心，這就減少了生產(chǎn)過程中的裝夾時(shí)間，降低了由于裝夾所產(chǎn)生的同軸度等誤差，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，節(jié)省了人力物力，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。我們還參觀了各種機(jī)床的加工，其中以車床為主。有普通車床、馬鞍車床、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、精密型數(shù)控車床、普及型數(shù)控車床、縱切型車床；還有車削中心，立式加工中心和臥式加工中心。產(chǎn)品圖如下： 普通車床、馬鞍車床 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 精密型數(shù)控車床 普及型數(shù)控車床 縱切型車床 車削中心 立式加工中心 臥式加工中心 同時(shí)我們還參觀了箱體的加工過程以及機(jī)床尾架和導(dǎo)軌的生產(chǎn)全過程，箱體類零件是機(jī)床或部件的基礎(chǔ)零件，它將機(jī)床或部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件組裝成一個(gè)整體，使他們之間保持較準(zhǔn)確的相互位置關(guān)系，并按照一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力，因此箱體的加工質(zhì)量將直接影響機(jī)床或其他部件的精度、性能和使用壽命。箱體材料一般選用HT200~400的各種牌號(hào)的灰鑄鐵，而最常用的是HT200?；诣T鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產(chǎn)和或某些簡(jiǎn)易機(jī)床的箱體，為了縮短生產(chǎn)周期和降低成本，可采用鋼材焊接結(jié)構(gòu)。此外，精度較高的坐標(biāo)鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵，負(fù)荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。 小結(jié)： 在廣州機(jī)床廠的這短短一天，使我拓寬了視野，增長了見識(shí)，體驗(yàn)到社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的殘酷，意識(shí)到自己能力的欠缺和知識(shí)的匱乏，而更多的是希望自己能在以后的工作中積累各方面的經(jīng)驗(yàn)，為將來自己走創(chuàng)業(yè)之路做準(zhǔn)備。 實(shí)習(xí)記錄： 4月22日上午 廣東江海機(jī)電工程有限公司南海分公司（廣州佛山） 公司簡(jiǎn)介： 廣東江海機(jī)電工程有限公司前身是廣東省水利水電機(jī)械廠，二十世紀(jì)六十年代是小打小鬧的作坊式工廠，一直以來，公司奉行“質(zhì)量至上，信譽(yù)第一，質(zhì)量保證，服務(wù)一流”的經(jīng)營宗旨，竭誠為廣大客戶服務(wù)，通過幾十年的自力更生、艱苦奮斗，如今已成為通過了ISO9001：2000質(zhì)量體系、ISO14001：2004環(huán)境體系及GB/T28001-2001職業(yè)健康安全管理體系的三個(gè)管理體系認(rèn)證、具有水工金屬結(jié)構(gòu)制作與安裝工程專業(yè)承包一級(jí)資質(zhì)的施工企業(yè)，同時(shí)擁有超大型固定式啟閉機(jī)等12個(gè)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證和200噸起重機(jī)、2×160噸門機(jī)等特種設(shè)備生產(chǎn)許可證的廣東省屬水利水電骨干企業(yè)，產(chǎn)品獲得多個(gè)國優(yōu)、部?jī)?yōu)、省優(yōu)，參建的東江—深圳供水改造工程獲得魯班獎(jiǎng)…… 公司產(chǎn)品具體細(xì)分為壓力鋼管、錐形閥、攔污柵及清污機(jī)、閘門設(shè)備、固定式啟閉機(jī)（含螺桿式、卷揚(yáng)式及液壓式）、門式及移動(dòng)式啟閉機(jī)、起重機(jī)、電氣產(chǎn)品及電站集中控制系統(tǒng)、水輪機(jī)調(diào)速器及油壓裝置、其它產(chǎn)品10個(gè)產(chǎn)品門類，是廣東省水利水電設(shè)備制造、安裝的骨干企業(yè)，產(chǎn)品已遍布國內(nèi)28個(gè)省、市、自治區(qū)，并遠(yuǎn)銷美國、泰國、剛果、阿根廷、緬甸等13個(gè)國家。 多年來，公司共獲得國家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)、部省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)13項(xiàng)；并連續(xù)多年被有關(guān)部門分別評(píng)為“重合同守信用企業(yè)”和“AAA級(jí)信用”企業(yè)。 廣東江海機(jī)電工程有限公司現(xiàn)有員工263人，其中具有高級(jí)職稱的16人、中級(jí)職稱的50余人、初級(jí)職稱的80余人，一級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理（一級(jí)建造師）6人，二級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理12人，三級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理22人。 近年來，公司新增添了大批先進(jìn)機(jī)加工設(shè)備和焊接設(shè)備、檢測(cè)儀器，應(yīng)用電腦進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工測(cè)試和企業(yè)管理、電子商務(wù)，實(shí)施“設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—運(yùn)輸—安裝—技術(shù)培訓(xùn)”一條龍服務(wù)，并能滿足用戶提出的特殊要求。如今，我們致力于產(chǎn)品更新和科技開發(fā)，提高運(yùn)輸和安裝能力，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。當(dāng)歷史進(jìn)入新紀(jì)元，江海機(jī)電將秉承“顧客至上、信譽(yù)第一、質(zhì)量保證、 服務(wù)一流”的經(jīng)營理念，與社會(huì)各界攜手并進(jìn)，再接再厲，譜寫更加絢麗的歷史新編章。 實(shí)習(xí)內(nèi)容： 4月22日上午我們?cè)诶蠋煹膸ьI(lǐng)下來到了廣東江海機(jī)電工程有限公司南海分公司進(jìn)行實(shí)地參觀。其生產(chǎn)車間如圖2-1，該分廠主要生產(chǎn)大型水閘，如圖2-2以及橋架式起重機(jī)等，且主要采用的是焊接技術(shù)。在車間里我們看到了可以加工工件直徑達(dá)3米的特大車床（圖2-3）和￠80mm特大鉆床（圖1-4）等，同時(shí)我們還了解到了大型水閘的生產(chǎn)過程。 圖2-1 南海松崗生產(chǎn)車間 圖2-2 南海和順聯(lián)營廠車間飛來峽弧形 閘門生產(chǎn)場(chǎng)景 圖2-3 能加工￠2500×5000mm特大車床 圖2-4￠80mm特大鉆床 小結(jié)： 在江海我們看到的都是一些比較大型的設(shè)備及加工工件，這跟我們以往所看到的有所不同，這就讓我們看到了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展前景是如此的廣，同時(shí)也使我們意識(shí)到自身知識(shí)的匱乏與實(shí)踐的不足。我們必須在以后的工作中也要不斷的完善自己，這樣才能適應(yīng)社會(huì)的需求。 實(shí)習(xí)總結(jié)： 短短一周的畢業(yè)實(shí)習(xí)很快就過去了，在這幾天里，我收獲頗多！ 在這次實(shí)習(xí)中，雖然都只是參觀，但對(duì)于學(xué)機(jī)械制造的我來說，不只是看車間、看設(shè)備，更重要的是看設(shè)備如何滿足工作要求、如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)，特別是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，如何才能使設(shè)備正常工作，清楚地意識(shí)到了設(shè)備維護(hù)與修理的重要性。同時(shí)也了解到工藝工裝設(shè)計(jì)對(duì)加工的重要性。雖然短短幾天的時(shí)間不足以清楚了解到各種設(shè)備及各種加工工藝，但如果我們將所學(xué)理論跟實(shí)際結(jié)合起來，那么，我們本次就不僅僅是參觀了，而且是在參觀過程中再學(xué)習(xí)。 通過這次實(shí)習(xí)使我看到了自己的不足，在學(xué)校學(xué)到的書本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，今后還有許多東西需要學(xué)習(xí)。同時(shí)通過這次實(shí)習(xí)，也使我所學(xué)的知識(shí)得到了鞏固和深化，同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到自己在實(shí)際工作中能力的不足。我所知道的機(jī)械方面的知識(shí)僅僅是停在表面上，都只是看到別人怎么做，并未能自己親身感受。在以后的學(xué)習(xí)工作中，我要注重加強(qiáng)自己專業(yè)方面的知識(shí)，最重要的一點(diǎn)是如何把書本上學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中，從而提高生產(chǎn)效率和工作效率。 最后要感謝譚立新、胡競(jìng)湘、王敏之等幾位帶隊(duì)老師的指導(dǎo)，謝謝你們！你 們辛苦了！ 實(shí)習(xí)評(píng)語： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 實(shí)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定： 備注：