摘要
钛合金材料以其硬度高、强度高、密度小、耐腐蚀和热稳定性好等优异性能，被广泛应用于航空航天领域。但其特有的理化性能也使得钛合金成为一种典型的难加工材料。区别于传统切削加工方式，超声振动辅助切削优势明显。但是目前关于钛合金超声振动辅助铣削参数对加工表面完整性和刀具磨损影响的系统研究较为匮乏。与此同时，超声作用判别准则尚不清晰，严重影响超声加工技术在钛合金加工领域的实际工程应用。 本文基于运动学理论，建立了刀具-工件接触率(TWCR)模型，研究了TWCR模型特性，和刀具切入速度和切削行程比随TWCR的变化规律。建立了传统铣削和纵向超声振动辅助铣削的瞬时未变形切削厚度模型，并研究了平均切厚比(ACTR)模型特性。基于普通铣削力模型，考虑刀具-工件接触率连续性变化，建立了切削力模型。进行了超声作用研究分析，提出了基于平均切厚比的超声作用判别准则，ACTR逐渐接近于1时，超声加工改善作用趋近于0。 其次，本文设计了周期性接触超声加工实验，验证了铣削力模型的准确性，研究了传统铣削和纵向超声振动辅助铣削不同加工参数对切削力、加工表面完整性的影响规律，对比分析了AE信号和刀具磨损。随着主轴转速、进给速度、切削深度增大，超声振幅减小，LUVAM表面粗糙度增大。对比CM，在中主轴转速，越大的进给速度和超声振幅时，LUVAM降低效果越明显，切削深度影响不大。本文开展了加工参数对刀具磨损的影响实验研究，发现切入速度是影响刀具崩刃的关键因素，切削行程比是影响刀具磨损的关键因素。加工参数应合理搭配主轴转速及超声振幅以降低切入速度以及切削行程比，进而提高钛合金加工刀具寿命。 最后，本文基于ACTR模型特性，进行了持续性接触超声加工实验研究，分别从主轴转速、超声振幅角度出发设计实验，控制平均切厚比变化，对比分析了ACTR对切削力、表面粗糙度、表面形貌、残余应力、刀具磨损历程的影响，验证了该超声作用判别准则的正确性，并提出了分离效应与平均切厚效应共同作用下的超声作用机制。
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