吸波蜂窝材料具有高比强度、高比刚度等优点,广泛应用于军事、航空航天等诸多领域。吸波蜂窝材料在采用传统高速铣削加工时,存在着粉尘污染大、加工性能差、刀具寿命低等问题。超声振动切削加工作为纤维增强复合材料加工领域中越来越重要的一种加工方法,已经在芳纶蜂窝材料的切削加工中得到应用,是目前国际上公认的最高效清洁加工方式。本文引入超声振动切削加工技术并将其应用于吸波蜂窝材料的切削加工中。超声振动切削刀具是超声振动切削加工中重要的组成部分,作为吸波蜂窝芯的切削加工工具,其几何形状与结构尺寸直接影响着吸波蜂窝芯工件的加工精度、质量及加工效率。吸波蜂窝材料超声振动加工对切削刀具使用性能提出了较高的要求,所设刀具不仅要具备传统刀具的切削性能,还需满足超声振动切削的性能要求。当前国内针对吸波蜂窝材料超声振动切削刀具的研究几乎处于空白阶段,急需推进相关工作以解决工程应用的实际需求。为此,本文融合传统刀具的设计理论与超声刀具的设计方法,开展刀具对吸波蜂窝材料超声振动切削机理的研究,设计出用于吸波蜂窝材料超声振动切削专用的新型圆盘刀,实现了对吸波蜂窝材料的优质高效切削加工。主要的研究工作与成果如下:1、开展圆盘刀超声振动切削吸波蜂窝材料的机理分析。首先基于圆盘刀矩形切削工艺,分析得出典型切削姿态,应用弹性薄板小挠度理论建立横向切削载荷作用下蜂窝胞壁的挠度方程和应力方程,分析得出圆盘刀超声振动切削作用下蜂窝胞壁的变形特征与断裂特性;其次进行圆盘刀超声振动切削运动学分析,分析圆盘刀对吸波蜂窝材料实际振动切削的运动过程;最后,建立圆盘刀超声振动切削力模型,并通过MATLAB对模型进行数值模拟,得出频率f与振幅A是超声振动切削时关键的敏感参数,为后文超声刀具的设计提供具体的参考指标。2、开展吸波蜂窝材料超声振动切削专用圆盘刀的材料与廓形结构设计。圆盘刀的材料与廓形结构直接影响着刀具的振动切削性能,首先分析超声振动切削对刀具材料的性能要求并优选出刀具制造的材料;其次结合超声切削姿态特点与锯片铣刀设计原理初步确定刀具的结构形式与主要结构参数;引入刀具的能量密度与弯曲刚度评价参数与分析方法,研究刀具截面廓形结构中外径D1、厚度h、楔角θ等主要参数对超声振动特性的影响规律,再结合ANSYS Workbench对理论分析结果进行仿真分析验证;最后得出最优的刀具截面廓形结构参数。3、开展圆盘刀刃齿元结构参数对蜂窝芯超声切削性能的影响分析。首先依据锯片铣刀设计理论,初步确定刃齿元结构中前角γ、后角α、齿高H三个关键设计参数的初始范围,再建立圆盘刀超声切削吸波蜂窝芯三维有限元模型,利用ABAQUS软件对刀具切削过程进行仿真分析,得出刃齿元结构中三个关键参数对切削力、切削热的影响规律,最后确定最优的刃齿元设计参数,从刀具的设计层面保证刀具的振动切削性能。4、开展实验台的设计构建及典型刃形圆盘刀超声振动切削性能的实验研究。首先设计构建超声振动切削实验台,并进行吸波蜂窝芯零件的切削工艺规划设计与刀具的振动性能测试;其次将同期研制的三种典型刃形圆盘刀进行同等实验条件下切削力、切削热的实验研究,对实验结果进行对比分析,得出前文设计的锯齿刃圆盘刀的切削性能最优。此外,建立锯齿刃圆盘刀超声振动切削吸波蜂窝芯材的切削力经验公式,得出振幅A、切深ap与切削力F间的关系,并进行普通切削与超声振动辅助作用下的切削实验对比,得出超声振动辅助切削条件下振幅对切削力、切削热变化的显著影响。