微銑削加工銑削力建模及刀具磨損規(guī)律研究.pdf

1、隨著航空航天、醫(yī)療器械和電子通訊等行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)微小型零部件的需求量越來(lái)越高，并且這些微小型零部件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，可靠性和精度要求越來(lái)越高。在過(guò)去的幾十年中，微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)(MEMS)被廣泛應(yīng)用于各種微小型零部件的制作。然而由于微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)的三維加工能力較差，加工效率低，加工成本高，并且主要局限于硅基材料的加工，已逐漸不能滿足企業(yè)對(duì)微小型零部件日益增長(zhǎng)的需求及降低成本的要求。微銑削加工技術(shù)(Micromilling)

2、克服了微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)的缺陷。它可以實(shí)現(xiàn)各種三維復(fù)雜曲面以及較大深寬比的零部件加工，材料適應(yīng)性強(qiáng)（適用于各種金屬和非金屬材料），加工成本低，加工速度快，且適合批量加工，因此微銑削加工技術(shù)有望成為未來(lái)復(fù)雜微小型零部件的主要加工技術(shù)之一。
　　微銑削加工技術(shù)通常是指工件加工特征尺寸在1μm～1 mm，并且微銑刀直徑在1mm以下的微機(jī)械切削加工技術(shù)。由于微銑削相對(duì)傳統(tǒng)銑削在刀具尺寸和加工特征尺寸上的急劇縮減，它表現(xiàn)出顯著不同于傳統(tǒng)銑削

3、的加工機(jī)理，例如尺寸效應(yīng)、最小切削厚度、有效前角、材料微觀結(jié)構(gòu)和刀具跳動(dòng)等。目前微銑削加工機(jī)理仍不清晰，工程生產(chǎn)中對(duì)微銑削一般還是采用傳統(tǒng)銑削的工藝方式進(jìn)行處理。微銑削力是微銑削加工過(guò)程控制、參數(shù)優(yōu)化和理解微銑削加工機(jī)理的基礎(chǔ)，而微銑刀刀具磨損是影響微小型零部件加工精度和生產(chǎn)效率的最主要因素之一。本文以微銑削加工機(jī)理為突破口，以微銑削力模型的精確建模和簡(jiǎn)化以及刀具磨損規(guī)律的研究為對(duì)象，從而為微銑削加工過(guò)程控制和工藝優(yōu)化以及理解微銑削加工

4、機(jī)理等奠定理論基礎(chǔ)，并最終為提高微小型零部件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及降低制造成本等提供科學(xué)指導(dǎo)。論文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新如下:
　　(1)微銑削力建模和刀具磨損的綜述和總結(jié)
　　結(jié)合國(guó)內(nèi)外微銑削加工技術(shù)的最新研究進(jìn)展，從微銑削與傳統(tǒng)銑削的不同加工機(jī)理出發(fā)，對(duì)微銑削力建模和刀具磨損進(jìn)行全面的論述和總結(jié)，并重點(diǎn)介紹刀刃鈍圓半徑、刀具跳動(dòng)和撓性變形等對(duì)微銑削力建模和刀具磨損的影響。探討了目前微銑削力建模和刀具磨損的研究中存在的問(wèn)題

5、，并指出了現(xiàn)有微銑削力建模和刀具磨損中有待研究的內(nèi)容。
　　(2)微銑削瞬時(shí)切削厚度模型
　　以經(jīng)典的微銑削瞬時(shí)切削厚度模型的不足為突破口，分析微銑削時(shí)刀尖的實(shí)際切削區(qū)域，綜合考慮余擺線軌跡、刀具跳動(dòng)和之前一個(gè)周期內(nèi)的切削刀尖軌跡等影響因素，建立了一種更精確的微銑削瞬時(shí)切削厚度模型。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該瞬時(shí)切削厚度模型相比經(jīng)典的微銑削瞬時(shí)切削厚度模型在微銑削力預(yù)測(cè)方面具有更高的精度。
　　(3)微銑削力雙切削力系數(shù)識(shí)別

6、　　以采用最少的識(shí)別實(shí)驗(yàn)、更精確的微銑削力預(yù)測(cè)效果和更大的適用范圍為目標(biāo)，在結(jié)合考慮刀具跳動(dòng)的瞬時(shí)切削厚度模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮刀具跳動(dòng)的微銑削力雙切削力系數(shù)識(shí)別方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該雙切削力系數(shù)識(shí)別方法可以實(shí)現(xiàn)微銑削力模型的精確預(yù)測(cè)。
　　(4)微銑削力簡(jiǎn)化模型
　　以現(xiàn)今微銑削力模型計(jì)算效率和預(yù)測(cè)精度方面的矛盾為突破口，在分析考慮刀具跳動(dòng)時(shí)的實(shí)際切入角和切出角的基礎(chǔ)上，提出了一種微銑削力簡(jiǎn)化模型。該微銑削力簡(jiǎn)化模型