随着Nomex蜂窝芯材料应用场合不断扩大,市场需求也随之越来越大,同时对其质量的要求也越来越高,Nomex蜂窝芯材料本身的品质已经达到了很高的水平,现在制约着这种材料广泛应用的是其对加工的较高要求。Nomex蜂窝芯材料是一种典型的难加工材料,传统的高速铣削容易导致基体出现毛刺、外形缺陷等现象,难以达到优质高效的加工。针对这些问题,相关学者将超声切削技术引入到Nomex蜂窝芯材料加工领域中来,但是我国起步较晚,目前对超声铣削技术的研究还处于初级阶段。国内超声加工设备主要采用从国外购买的方式,但是其关键技术无法获得。本文通过结构创新设计,设计了具有锋利切削刃的锯齿圆盘刀,以实现Nomex蜂窝芯材料优质高效的切削加工。主要研究内容与成果如下:(1)通过对Nomex蜂窝芯材料的性能特点分析总结,创新设计了一种具有锋利切削刃的锯齿圆盘刀,建立了锯齿圆盘刀超声加工切削力模型,检验了本文设计的锯齿圆盘刀在超声切削条件下有效的降低了切削力。(2)设计了切削系统稳定性仿真试验,采用MATLAB软件的SIMULINK模块建立出超声切削系统稳定性仿真模型,通过仿真实验得出:主轴转速在0～1400r/min范围内齿数越小稳定瓣越大;在1400～1800r/min范围内齿数越大稳定瓣越大。分析得出当刀具齿数为36时对材料的去除率较大。(3)对锯齿圆盘刀进行了模态分析,各阶振型中最大振幅都出现在刀的边缘上,第12阶振型的位移是沿径向分布的,传递到刀具边缘时振幅最大,振幅分布有规律,振型理想。讨论分析了刀具固有频率为19.5～20HKz情况下对应的结构参数组合,得出6组符合频率范围的刀具结构参数组合。(4)对Nomex蜂窝芯材料超声切削进行了切削仿真分析,随着刀具直径由45mm增加到55mm,切削力X、Y、Z方向分别减小了 9.1%、7.9%和6.2%,切削热减小了8.9%;随着刀具楔角由10°增加到 18°,切削力X、Y、Z方向分别增加了 10.2%、11.2%和11%,切削热增加了 9.4%;随着刀具后角由1°增加到9°,切削力X、Y、Z方向分别增加了 7.5%、9.1%和9.5%,切削热增加了 7.4%。(5)优选出直径为53mm的锯齿圆盘刀,对锯齿圆盘刀和变幅杆装备体进行谐响应分析,得出变幅杆放大倍数为6.15～6.16,与设计振幅倍数相差4%,在误差要求范围之内。当振型图最佳时刀具切削刃部位振幅最大,符合超声振动切削技术对变幅杆及刀具的设计要求。