微尺度銑削加工機(jī)理與若干工藝技術(shù)問(wèn)題研究.pdf

1、微細(xì)加工技術(shù)是制造形狀尺寸微小或操作尺度極小的微機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)的必要手段。其中，基于微型機(jī)床系統(tǒng)的微細(xì)制造技術(shù)因其具有三維加工能力強(qiáng)、適用工件材料范圍廣、加工成本低、加工效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。特別是微細(xì)銑削加工技術(shù)符合微機(jī)械零件的功能復(fù)雜化、批量柔性化、制造高精度化等發(fā)展趨勢(shì)而成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
　　在微尺度銑削過(guò)程中，由于工件尺寸很小，從強(qiáng)度和剛度上不允許有較大的微銑削參量，同時(shí)為保證工件形狀

2、精度要求，最終加工表面切除層厚度必須小于其精度值，因此切屑厚度極小，每齒進(jìn)給量可能小于材料晶粒大小，銑削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，需要破壞晶界組織，刀刃上所承受的應(yīng)力將會(huì)急劇增大，加之微銑削高轉(zhuǎn)速，會(huì)導(dǎo)致微銑刀刃對(duì)材料的劃擦和擠壓，并伴隨最小切削厚度效應(yīng)的發(fā)生，從而造成微刀刃容易磨損，微銑削力、工件加工質(zhì)量等發(fā)生顯著的變化。所以，傳統(tǒng)的銑削加工機(jī)理和工藝?yán)碚撘巡荒苡行У闹笇?dǎo)和解釋微尺度銑削過(guò)程中表現(xiàn)的特征。
　　解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是建立適合微

3、尺度銑削加工的工藝方法和模型，通過(guò)大量的微銑削試驗(yàn)研究，獲得優(yōu)化工藝參數(shù)。為此，本文以微型銑床系統(tǒng)為試驗(yàn)平臺(tái)，采用理論分析仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的研究手段，以不同的微銑刀加工不同的材料為研究載體，探討了微銑刀的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、微銑削力的變化、工件加工質(zhì)量、加工內(nèi)部溫度場(chǎng)分布、微銑刀刃磨損等幾個(gè)方面的研究工作。其主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)探討微銑削刀刃的動(dòng)態(tài)性變化規(guī)律對(duì)微加工的影響。提出在RC法基礎(chǔ)上，結(jié)合平均齒角法和傅里葉頻率法理論，根

4、據(jù)實(shí)際加工參數(shù)，借助數(shù)字模擬手段初步獲取微銑削動(dòng)態(tài)葉瓣圖，由此得到不同主軸轉(zhuǎn)速和軸向切深，在不同材料條件下對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界線，從而初步確定不同加工材料對(duì)應(yīng)的微銑削加工參數(shù)。由獲取的理論加工參數(shù)進(jìn)行微銑削試驗(yàn)，研究微銑刀刃在不同的銑削參量變化條件下，微銑削過(guò)程中的顫振變化情況。這種研究方法也為后續(xù)試驗(yàn)加工提供理論依據(jù)。
　　(2)探討微銑削力的變化可以間接的推測(cè)微刀刃磨損情況、加工工件質(zhì)量、材料對(duì)微銑削的影響等變化規(guī)律。

5、在理論上，結(jié)合實(shí)際加工條件，建立微銑削力模型，獲得動(dòng)態(tài)和靜態(tài)微銑削力的變化規(guī)律;在試驗(yàn)中，利用同樣加工條件下，從不同特性的材料入手，通過(guò)精確測(cè)量微銑削加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)和靜態(tài)微銑削力和分析其變化規(guī)律，研究不同齒數(shù)的微銑刀的微銑削力在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的變化特征，由此來(lái)推斷微銑削過(guò)程表現(xiàn)特征，從而更好的去理解微銑削加工機(jī)理，為深入研究微銑削理論提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　(3)研究探討微銑削參量、材料特性、微銑刀等對(duì)加工工件質(zhì)量的影響。選取微銑削

6、溝槽為加工對(duì)象，通過(guò)對(duì)微溝槽的底面質(zhì)量和邊緣毛刺分布進(jìn)行試驗(yàn)研究，尋找其變化規(guī)律，并從理論角度對(duì)其進(jìn)行分析和研究，獲得不同的微銑削參量條件下，不同的材料、不同的微銑刀對(duì)微溝槽質(zhì)量的影響變化規(guī)律。由此，可以確定微銑削加工工件質(zhì)量的影響因素，為提高微型工件制造精度提供理論依據(jù)。
　　(4)鑒于試驗(yàn)條件無(wú)法研究微刀刃磨損對(duì)加工溫度場(chǎng)分布的影響，由此借助于數(shù)字模擬的方法，研究微刀刃磨損對(duì)加工材料其自身刀刃處溫度的影響。由于微銑刀刀刃的磨損

7、致使其刀刃半徑的逐漸增大，通過(guò)不同的刀刃半徑對(duì)加工材料進(jìn)行微銑削，由此獲取工件、切屑和微銑刀的內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布情況。在同樣的條件下，通過(guò)紅外線測(cè)溫試驗(yàn)法，獲取不同的微銑削參量和不同材料條件下對(duì)應(yīng)的溫度變化趨勢(shì)。最后結(jié)合數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)溫所得結(jié)果，研究微尺度銑削過(guò)程中加工材料和微銑刀刃溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。
　　(5)針對(duì)利用常規(guī)方法不能準(zhǔn)確測(cè)定和評(píng)價(jià)微銑刀磨損量情況，依據(jù)微溝槽寬度的變化與微銑刀刃徑的變化存在一定的必然聯(lián)系，所以，提出