微铣削加工铣削力建模及刀具磨损规律研究

发布时间：2018-07-05 11:36

本文选题：微铣削 + 瞬时切削厚度　；参考：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：随着航空航天、医疗器械和电子通讯等行业的迅猛发展,人们对微小型零部件的需求量越来越高,并且这些微小型零部件的结构越来越复杂,可靠性和精度要求越来越高。在过去的几十年中,微机电系统加工技术(MEMS)被广泛应用于各种微小型零部件的制作。然而由于微机电系统加工技术的三维加工能力较差,加工效率低,加工成本高,并且主要局限于硅基材料的加工,已逐渐不能满足企业对微小型零部件日益增长的需求及降低成本的要求。微铣削加工技术(Micromilling)克服了微机电系统加工技术的缺陷。它可以实现各种三维复杂曲面以及较大深宽比的零部件加工,材料适应性强(适用于各种金属和非金属材料),加工成本低,加工速度快,且适合批量加工,因此微铣削加工技术有望成为未来复杂微小型零部件的主要加工技术之一。微铣削加工技术通常是指工件加工特征尺寸在1μm～1mm,并且微铣刀直径在1mm以下的微机械切削加工技术。由于微铣削相对传统铣削在刀具尺寸和加工特征尺寸上的急剧缩减,它表现出显著不同于传统铣削的加工机理,例如尺寸效应、最小切削厚度、有效前角、材料微观结构和刀具跳动等。目前微铣削加工机理仍不清晰,工程生产中对微铣削一般还是采用传统铣削的工艺方式进行处理。微铣削力是微铣削加工过程控制、参数优化和理解微铣削加工机理的基础,而微铣刀刀具磨损是影响微小型零部件加工精度和生产效率的最主要因素之一。本文以微铣削加工机理为突破口,以微铣削力模型的精确建模和简化以及刀具磨损规律的研究为对象,从而为微铣削加工过程控制和工艺优化以及理解微铣削加工机理等奠定理论基础,并最终为提高微小型零部件的加工质量和生产效率以及降低制造成本等提供科学指导。论文的主要研究内容与创新如下：(1)微铣削力建模和刀具磨损的综述和总结结合国内外微铣削加工技术的最新研究进展,从微铣削与传统铣削的不同加工机理出发,对微铣削力建模和刀具磨损进行全面的论述和总结,并重点介绍刀刃钝圆半径、刀具跳动和挠性变形等对微铣削力建模和刀具磨损的影响。探讨了目前微铣削力建模和刀具磨损的研究中存在的问题,并指出了现有微铣削力建模和刀具磨损中有待研究的内容。(2)微铣削瞬时切削厚度模型以经典的微铣削瞬时切削厚度模型的不足为突破口,分析微铣削时刀尖的实际切削区域,综合考虑余摆线轨迹、刀具跳动和之前一个周期内的切削刀尖轨迹等影响因素,建立了一种更精确的微铣削瞬时切削厚度模型。实验验证了该瞬时切削厚度模型相比经典的微铣削瞬时切削厚度模型在微铣削力预测方面具有更高的精度。(3)微铣削力双切削力系数识别以采用最少的识别实验、更精确的微铣削力预测效果和更大的适用范围为目标,在结合考虑刀具跳动的瞬时切削厚度模型特点的基础上,提出了一种考虑刀具跳动的微铣削力双切削力系数识别方法。实验验证了该双切削力系数识别方法可以实现微铣削力模型的精确预测。(4)微铣削力简化模型以现今微铣削力模型计算效率和预测精度方面的矛盾为突破口,在分析考虑刀具跳动时的实际切入角和切出角的基础上,提出了一种微铣削力简化模型。该微铣削力简化模型仅仅需要一次平均切削厚度的计算,就可实现对微铣削力的仿真。通过与传统离散微铣削力模型仿真结果的对比,验证了简化模型的有效性。(5)微铣刀刀具磨损规律以微铣刀刀具磨损评估方式和磨损规律尚未有通用性的研究成果为突破口,在微铣削AISI4340工件实验的基础上,对副后刀面磨损和直径磨损两种常用的微铣刀刀具磨损评估方式进行对比,并讨论了微铣削切削参数对刀具磨损的影响规律以及最优的切削参数。
[Abstract]:Micro - milling technology ( MEMS ) has been widely used in micro - milling machining technology . ( 3 ) The micro - milling force double - cutting force coefficient is identified to adopt the minimum recognition experiment , the more accurate micro - milling force prediction effect and the larger application range . Based on the characteristics of the instantaneous cutting thickness model considering the runout of the tool , a simplified model of the micro - milling force is proposed .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54

【参考文献】