微細(xì)銑削機(jī)床、刀具與加工機(jī)理的基礎(chǔ)研究.pdf

1、微細(xì)銑削加工技術(shù)，以其相對(duì)較佳的經(jīng)濟(jì)性、能夠加工多種材料及其三維復(fù)雜形狀等綜合優(yōu)勢(shì)而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的格外重視。然而微細(xì)銑削加工是一項(xiàng)新的工藝技術(shù)，目前學(xué)術(shù)界對(duì)微細(xì)銑削機(jī)床的研究還很不充分，對(duì)于微細(xì)銑削刀具、微細(xì)銑削機(jī)理和微細(xì)銑削工藝等的研究也都處于探索階段。為此，本文在國(guó)家十一五航空支撐預(yù)研基金（61901090302）和國(guó)家自然科學(xué)基金（50775114）的資助下，以微小型零件銑削加工為研究對(duì)象，對(duì)微細(xì)銑削機(jī)床設(shè)計(jì)及構(gòu)建、微

2、銑削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、微銑削加工過程尺寸效應(yīng)以及微銑削工藝優(yōu)化等進(jìn)行了重點(diǎn)研究，以指導(dǎo)微米和中間尺度銑削加工過程，并為微細(xì)制造技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究工作包括：
　　 （1）研制了一臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)微細(xì)銑削機(jī)床，構(gòu)建了基于IPC機(jī)和Windows操作系統(tǒng)的并行雙CPU數(shù)控系統(tǒng)，為機(jī)床微小型化和微銑削理論的進(jìn)一步研究提供應(yīng)用平臺(tái)和研究對(duì)象。其中，針對(duì)該機(jī)床直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)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(xué)模型，重點(diǎn)研究了其在高進(jìn)給加減速度下的運(yùn)動(dòng)精度控制技術(shù)；而在該銑床上進(jìn)行的直槽、薄壁、阿基米德螺線等微結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工測(cè)試結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了該微細(xì)銑床的良好加工性能。
　　 （2）針對(duì)微銑削加工過程的特點(diǎn)，建立了微銑刀有限元模型，采用在面上施加載荷的方式，對(duì)微銑刀進(jìn)行了結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，系統(tǒng)研究了微銑刀模態(tài)、載荷分布、應(yīng)力和變形特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，深入研究了直徑在0.5mm以下的微銑刀結(jié)構(gòu)特征，研究表明傳統(tǒng)螺旋結(jié)構(gòu)微銑刀的剛度

4、、強(qiáng)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(jiǎn)化幾何結(jié)構(gòu)的微銑刀，可獲得更高的剛度和強(qiáng)度，更有利于微銑刀制作及刀具壽命的提高。
　　 （3）基于微細(xì)電火花加工關(guān)鍵技術(shù)及理論，分析了微能脈沖電源的實(shí)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(dāng)?shù)乃欧刂撇呗?，解決了伺服機(jī)構(gòu)在小位移進(jìn)給時(shí)所存在的爬行問題。同時(shí)結(jié)合微細(xì)電火花加工技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(duì)微銑削過程存在的尺寸效應(yīng)，對(duì)考慮切削刃鈍圓半徑的二維正交切削加工進(jìn)行了熱力耦合有限元仿真分析，采用切削模型來模擬實(shí)際的微細(xì)切削加工過程。深入研究了尺寸效應(yīng)中的切削溫度因素和刀具切削刃鈍圓半徑對(duì)微細(xì)切削過程尺寸效應(yīng)的影響，揭示了切削刃鈍圓半徑引起尺寸效應(yīng)的內(nèi)在作用機(jī)理。
　　 （5）選取典型微三維零件特征進(jìn)行銑削特性試驗(yàn)，深入研究了主軸轉(zhuǎn)速、軸向切深、每齒進(jìn)給量和刀具