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Abstrakt
Die Finite-Elemente-Analyse und Optimierung eines durch elliptische Vibration unterstützten Schneidgeräts
Guilin Shi, Chen Zhang, Yingguang Li, Kornel F. Ehmann, Yun Song und Ming Lu
Das durch elliptische Vibration unterstützte Schneiden (EVC), das erhebliche Vorteile hinsichtlich der Begrenzung des Werkzeugverschleißes, der Reduzierung der Schnittwärme und der Verbesserung der Qualität der fertigen Oberfläche bietet, gilt allgemein als die vielversprechendste Bearbeitungsmethode für schwer zu schneidende Materialien und die Bildung von Mikrotexturen. Auf Grundlage einer bestimmten 2D-EVC-Struktur wurden drei Strukturen mit unterschiedlichen Winkeln (30°, 60° und 90°) zur Optimierung und die entsprechenden Finite-Element-Modelle der drei Strukturen erstellt. Es wurden Simulationsanalysen der statischen Struktur sowie der modalen und harmonischen Reaktion dieser Strukturen durchgeführt. Nach einem umfassenden Vergleich der Resonanzfrequenz, Vibrationsmodi und Vibrationsamplituden der elliptischen Bahnen an der Werkzeugspitze wurde die topologische 60°-Struktur für das endgültige Designmodell ausgewählt. Zum Testen des tatsächlichen 2D-EVC-Geräts wurde ein Leistungstestsystem eingerichtet und die Vergleichsanalysen zwischen den Ergebnissen der Finite-Element-Analyse und den Versuchsergebnissen wurden detailliert durchgeführt. Die experimentellen Daten zeigten, dass die optimierte Struktur die erforderliche elliptische Ortskurve für das elliptische Vibrationsschneiden erzeugen konnte. Im Vergleich mit den Ergebnissen der Finite-Elemente-Analyse wurde der Führungseffekt der Methode der Finite-Elemente-Analyse auf die Strukturoptimierung und Trajektorienvorhersage erfolgreich verifiziert.