Development of a Novel 2-D Vibration-Assisted Compliant Cutting System for Surface Texturing

有限元法 刚度 结构工程 过程(计算) 振动 工程制图 材料科学 机械工程 计算机科学 工程类 声学 物理 操作系统
作者
Wu-Le Zhu,Zhiwei Zhu,Yu He,Kornel F. Ehmann,Bing‐Feng Ju,Shizhen Li
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:22 (4): 1796-1806 被引量:64
标识
DOI:10.1109/tmech.2017.2693996
摘要

This paper presents a novel two-dimensional vibration-assisted compliant cutting system (2-D VCCS) to be used on conventional machines for generating textured surfaces with uniform and accurate topography. The proposed system is specifically designed to be capable of delivering high-amplitude vibrations with decoupled guidance at the tool tip, while keeping high resistance to cutting forces during the texturing process. The matrix-based compliance modeling method is adopted for compliance and dynamic modeling of the 2-D VCCS. With optimized structural parameters, the model is validated by theoretical and finite element analysis. On-machine performance tests were conducted to identify the vibration amplitudes, stiffness, and frequency responses of the device. Finally, various complex textured surfaces were uniformly and accurately generated by the high-performance 2-D VCCS using a V-shaped diamond tool. The actually textured surfaces were evaluated and shown that they closely match the theoretically predicted surfaces based on the in-process monitored parameters, demonstrating the great potential of the 2-D VCCS to create functional surfaces for industrial products.

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