微細(xì)銑削機(jī)床研制及硬脆性材料切削實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微細(xì)銑削加工是一種能夠?qū)崿F(xiàn)三維復(fù)雜特征超精密加工的技術(shù),而具有良好運(yùn)動(dòng)特性的微銑削數(shù)控機(jī)床則是實(shí)現(xiàn)這一先進(jìn)切削加工技術(shù)的必備條件。為此,本課題以微細(xì)銑削數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)和搭建展開研究,以微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn)為輔助手段對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證并對(duì)硬脆性材料的加工工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　針對(duì)微細(xì)加工特征尺寸較小的特點(diǎn),本課題將微細(xì)銑削機(jī)床設(shè)計(jì)為微小型桌面銑床,桌面銑床不僅節(jié)約空間、節(jié)約能源,而且對(duì)加工精度的提高有很大的優(yōu)勢(shì)。此機(jī)床采用了開放式的數(shù)控系統(tǒng)

2、,運(yùn)動(dòng)控制器采用了美國(guó) Delta Tau公司系統(tǒng)級(jí) UMAC運(yùn)動(dòng)控制器,UMAC是擁有內(nèi)置 I/O和電源以及完整外殼的專業(yè)控制器。同時(shí),這款控制器擁有高速USB、Ethernet、MACRO標(biāo)準(zhǔn)的通訊系統(tǒng)和上位機(jī)進(jìn)行通訊,最大限度的滿足了控制器對(duì)于性能擴(kuò)展的需求。采用高精度直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式,有效地避免了傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床中旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠帶來的死區(qū)誤差。分辨率達(dá)5nm的雷尼紹光柵尺作為位置反饋元件使整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成了全閉環(huán)控制,大大提

3、高了數(shù)控機(jī)床的加工精度。機(jī)床搭建完畢之后通過PID調(diào)試和激光干涉儀對(duì)其定位精度補(bǔ)償,更加完善了機(jī)床的性能,其精度達(dá)到了亞微米級(jí)。
　　在微細(xì)加工中最小切除厚度機(jī)理分析基礎(chǔ)之上,在延展性材料上進(jìn)行了微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn),通過比較進(jìn)給速度和軸向切深對(duì)黃銅表面粗糙度的影響規(guī)律,同時(shí)驗(yàn)證了本研究所研發(fā)的小型桌面微細(xì)銑削機(jī)床。
　　分析了單晶硅的物理特性,確定了刀具及切削液,對(duì)單晶硅材料進(jìn)行了微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn)研究。選取進(jìn)給速度和有無切削液為實(shí)驗(yàn)因

4、素,基于以前的研究基礎(chǔ)設(shè)定了進(jìn)給速度,進(jìn)行了二因素全水平實(shí)驗(yàn)。借助白光干涉儀對(duì)表面粗糙度進(jìn)行了分析。
　　利用方差分析方法對(duì)各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律及各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序進(jìn)行了分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,進(jìn)給速度越大,表面粗糙度越差;有切削液對(duì)單晶硅銑削加工的表面質(zhì)量要好于無切削液的干切削;有無切削液對(duì)表面質(zhì)量的影響要大于進(jìn)給速度對(duì)表面質(zhì)量的影響;脆-塑性轉(zhuǎn)變(延性域切削)在一定的切削條件下可以實(shí)現(xiàn)。通過總結(jié)實(shí)驗(yàn),為后續(xù)