微細銑削機床、刀具與加工機理的基礎研究.pdf

1、微細銑削加工技術，以其相對較佳的經(jīng)濟性、能夠加工多種材料及其三維復雜形狀等綜合優(yōu)勢而受到國內(nèi)外學術界和工業(yè)界的格外重視。然而微細銑削加工是一項新的工藝技術，目前學術界對微細銑削機床的研究還很不充分，對于微細銑削刀具、微細銑削機理和微細銑削工藝等的研究也都處于探索階段。為此，本文在國家十一五航空支撐預研基金（61901090302）和國家自然科學基金（50775114）的資助下，以微小型零件銑削加工為研究對象，對微細銑削機床設計及構建、微

2、銑削刀具結構設計與制造、微銑削加工過程尺寸效應以及微銑削工藝優(yōu)化等進行了重點研究，以指導微米和中間尺度銑削加工過程，并為微細制造技術的商業(yè)化應用奠定理論基礎。主要研究工作包括：
　　 （1）研制了一臺三軸聯(lián)動微細銑削機床，構建了基于IPC機和Windows操作系統(tǒng)的并行雙CPU數(shù)控系統(tǒng)，為機床微小型化和微銑削理論的進一步研究提供應用平臺和研究對象。其中，針對該機床直線電機驅(qū)動平臺在位置、速度及轉(zhuǎn)矩控制模式下的不同特征，建立伺服參

3、數(shù)調(diào)整數(shù)學模型，重點研究了其在高進給加減速度下的運動精度控制技術；而在該銑床上進行的直槽、薄壁、阿基米德螺線等微結構的數(shù)控加工測試結果，進一步驗證了該微細銑床的良好加工性能。
　　 （2）針對微銑削加工過程的特點，建立了微銑刀有限元模型，采用在面上施加載荷的方式，對微銑刀進行了結構力學分析，系統(tǒng)研究了微銑刀模態(tài)、載荷分布、應力和變形特點。在此基礎上，深入研究了直徑在0.5mm以下的微銑刀結構特征，研究表明傳統(tǒng)螺旋結構微銑刀的剛度

4、、強度非常低，在加工中容易彎曲和斷裂；而采用錐體三角形等簡化幾何結構的微銑刀，可獲得更高的剛度和強度，更有利于微銑刀制作及刀具壽命的提高。
　　 （3）基于微細電火花加工關鍵技術及理論，分析了微能脈沖電源的實現(xiàn)途徑，開發(fā)了最小脈寬為125ns的微銑刀加工專用微能脈沖電源；通過選擇適當?shù)乃欧刂撇呗?，解決了伺服機構在小位移進給時所存在的爬行問題。同時結合微細電火花加工技術的特點，設計了電火花加工專用電極和專用裝置，在微銑床上在線成

5、形微銑刀切削刃，提高微銑刀的制造精度。
　　 （4）針對微銑削過程存在的尺寸效應，對考慮切削刃鈍圓半徑的二維正交切削加工進行了熱力耦合有限元仿真分析，采用切削模型來模擬實際的微細切削加工過程。深入研究了尺寸效應中的切削溫度因素和刀具切削刃鈍圓半徑對微細切削過程尺寸效應的影響，揭示了切削刃鈍圓半徑引起尺寸效應的內(nèi)在作用機理。
　　 （5）選取典型微三維零件特征進行銑削特性試驗，深入研究了主軸轉(zhuǎn)速、軸向切深、每齒進給量和刀具