微尺度銑削加工機理與若干工藝技術(shù)問題研究.pdf

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

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，每齒進給量可能小于材料晶粒大小，銑削在晶粒內(nèi)進行，需要破壞晶界組織，刀刃上所承受的應(yīng)力將會急劇增大，加之微銑削高轉(zhuǎn)速，會導(dǎo)致微銑刀刃對材料的劃擦和擠壓，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)的銑削加工機理和工藝?yán)碚撘巡荒苡行У闹笇?dǎo)和解釋微尺度銑削過程中表現(xiàn)的特征。
　　解決上述問題的關(guān)鍵是建立適合微

3、尺度銑削加工的工藝方法和模型，通過大量的微銑削試驗研究，獲得優(yōu)化工藝參數(shù)。為此，本文以微型銑床系統(tǒng)為試驗平臺，采用理論分析仿真與試驗相結(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)部溫度場分布、微銑刀刃磨損等幾個方面的研究工作。其主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)探討微銑削刀刃的動態(tài)性變化規(guī)律對微加工的影響。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)實際加工參數(shù)，借助數(shù)字模擬手段初步獲取微銑削動態(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應(yīng)的微銑削加工參數(shù)。由獲取的理論加工參數(shù)進行微銑削試驗，研究微銑刀刃在不同的銑削參量變化條件下，微銑削過程中的顫振變化情況。這種研究方法也為后續(xù)試驗加工提供理論依據(jù)。
　　(2)探討微銑削力的變化可以間接的推測微刀刃磨損情況、加工工件質(zhì)量、材料對微銑削的影響等變化規(guī)律。

5、在理論上，結(jié)合實際加工條件，建立微銑削力模型，獲得動態(tài)和靜態(tài)微銑削力的變化規(guī)律;在試驗中，利用同樣加工條件下，從不同特性的材料入手，通過精確測量微銑削加工過程中動態(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程中所表現(xiàn)的變化特征，由此來推斷微銑削過程表現(xiàn)特征，從而更好的去理解微銑削加工機理，為深入研究微銑削理論提供試驗基礎(chǔ)。
　　(3)研究探討微銑削參量、材料特性、微銑刀等對加工工件質(zhì)量的影響。選取微銑削

6、溝槽為加工對象，通過對微溝槽的底面質(zhì)量和邊緣毛刺分布進行試驗研究，尋找其變化規(guī)律，并從理論角度對其進行分析和研究，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)鑒于試驗條件無法研究微刀刃磨損對加工溫度場分布的影響，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，通過不同的刀刃半徑對加工材料進行微銑削，由此獲取工件、切屑和微銑刀的內(nèi)部的溫度場分布情況。在同樣的條件下，通過紅外線測溫試驗法，獲取不同的微銑削參量和不同材料條件下對應(yīng)的溫度變化趨勢。最后結(jié)合數(shù)值模擬和試驗測溫所得結(jié)果，研究微尺度銑削過程中加工材料和微銑刀刃溫度場的分布規(guī)律。
　　(5)針對利用常規(guī)方法不能準(zhǔn)確測定和評價微銑刀磨損量情況，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