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，人們對微小型零部件的需求量越來越高，并且這些微小型零部件的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，可靠性和精度要求越來越高。在過去的幾十年中，微機電系統(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)對微小型零部件日益增長的需求及降低成本的要求。微銑削加工技術(shù)(Micromilling)

2、克服了微機電系統(tǒng)加工技術(shù)的缺陷。它可以實現(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（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以下的微機械切削加工技術(shù)。由于微銑削相對傳統(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)和刀具跳動等。目前微銑削加工機理仍不清晰，工程生產(chǎn)中對微銑削一般還是采用傳統(tǒng)銑削的工藝方式進行處理。微銑削力是微銑削加工過程控制、參數(shù)優(yōu)化和理解微銑削加工機理的基礎(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理為突破口，以微銑削力模型的精確建模和簡化以及刀具磨損規(guī)律的研究為對象，從而為微銑削加工過程控制和工藝優(yōu)化以及理解微銑削加工

4、機理等奠定理論基礎(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指導。論文的主要研究內(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)合國內(nèi)外微銑削加工技術(shù)的最新研究進展，從微銑削與傳統(tǒng)銑削的不同加工機理出發(fā)，對微銑削力建模和刀具磨損進行全面的論述和總結(jié)，并重點介紹刀刃鈍圓半徑、刀具跳動和撓性變形等對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)微銑削瞬時切削厚度模型
　　以經(jīng)典的微銑削瞬時切削厚度模型的不足為突破口，分析微銑削時刀尖的實際切削區(qū)域，綜合考慮余擺線軌跡、刀具跳動和之前一個周期內(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切削厚度模型。實驗驗證了該瞬時切削厚度模型相比經(jīng)典的微銑削瞬時切削厚度模型在微銑削力預(yù)測方面具有更高的精度。
　　(3)微銑削力雙切削力系數(shù)識別

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