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薄壁微构件振动辅助微细铣削加工关键技术研究

发布时间:2022-01-23 14:15
  本文针对某新型惯性传感器零件的微细加工相关关键技术开展研究,该零件为薄壁微结构件,其特征尺寸只有10μm。这类零件的制造难点在于两方面,一方面极小的尺寸限制了加工工具的选择和工艺系统刚度的提高,另一方面由于薄壁结构的存在,微小的尺寸误差、表面纹理或者表面变质层都会对零件的力学性能带来相对较大的影响。微细铣削加工技术作为目前微结构件主要的加工方法之一,具有加工灵活性好、加工效率高等优点,但同时也存在着刀具磨损剧烈、结构件的表面加工质量一致性差的缺陷。因此如何实现薄壁微构件的高效率、高质量制造成为了目前超精密微细铣削加工领域亟待解决的重要技术难题。为了改善薄壁微构件的微细铣削条件,提高该零件的加工精度和表面质量,提高微细铣刀的刀具耐用度,本文提出了振动辅助超精密微细铣削加工的方法,针对薄壁微构件的振动辅助微细铣削加工相关的关键技术开展研究。设计了新型振动形式的振动辅助超精密微细铣削加工装置。由于微细铣削装置中铣刀处于旋转切削状态,并且高速主轴的质量也较大,故不能按常规振动切削形式将振动施加在刀具一侧。本文选择将振动辅助施加在工件一侧。该振动辅助装置的设计要求为振动频率和幅值均可以调节,以适... 

【文章来源】:哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】:148 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 振动辅助切削的研究现状
        1.2.2 微细铣削及振动辅助切削机理的研究现状
        1.2.3 微细铣削及振动辅助微细铣削加工精度的研究现状
        1.2.4 薄壁微构件力学性能测试的研究现状
        1.2.5 国内外研究文献综述简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 振动辅助微细铣削系统的研制及性能测试
    2.1 引言
    2.2 振动辅助微细铣削系统的设计
        2.2.1 振动辅助微细铣削系统的总体设计
        2.2.2 微细铣削装置的设计
        2.2.3 振动辅助工作台的设计
    2.3 振动辅助工作台的搭建
        2.3.1 振动辅助工作台驱动元件的选择
        2.3.2 振动辅助工作台运动模式的实现
    2.4 振动辅助工作台的性能测试
        2.4.1 振动辅助工作台的静态响应及其测试
        2.4.2 压电陶瓷动态驱动性能测试
        2.4.3 压电陶瓷动态稳定性测试
    2.5 振动辅助工作台在线监测功能的研究
        2.5.1 振动辅助工作台在线监测功能的实现
        2.5.2 振动辅助工作台实时反馈信号的分析
        2.5.3 刀具磨损的实时监控及分析
    2.6 本章小结
第3章 振动辅助微细铣削力的建模与实验研究
    3.1 引言
    3.2 微细铣削力模型的建立
        3.2.1 常规微细铣削过程铣削力模型
        3.2.2 未变形切削厚度模型
        3.2.3 摩擦角与剪切角模型
        3.2.4 刀具等效前角模型
        3.2.5 切削宽度以及滞后角模型
        3.2.6 微细铣削力模型积分上下限
    3.3 考虑刀具偏心的微细铣削力模型的建立
        3.3.1 刀具偏心对未变形切削厚度的影响
        3.3.2 刀具偏心对刀具等效前角的影响
        3.3.3 长短刃切削积分区间的研究
        3.3.4 单刃切削积分区间的研究
    3.4 振动作用对微铣削力的影响
        3.4.1 振动作用对铣削力影响的分析
        3.4.2 振动作用下未变形切削厚度对铣削力模型的影响
    3.5 考虑刀具偏心的振动辅助微细铣削力实验研究
        3.5.1 常规微细铣削力的实验研究
        3.5.2 振动辅助微细铣削力的实验研究
    3.6 本章小结
第4章 振动辅助微细铣削薄壁微构件表面质量及刀具磨损研究
    4.1 引言
    4.2 振动作用对薄壁件表面及切屑形貌影响
        4.2.1 刀具偏心对表面形貌的影响
        4.2.2 振动作用对表面形貌的影响
        4.2.3 振动作用对切屑形貌的影响
    4.3 振动作用对面粗糙度的影响
        4.3.1 微细铣削参数对面粗糙度的影响
        4.3.2 振动参数对面粗糙度的影响
    4.4 振动作用对面形精度的影响
        4.4.1 微细铣削参数对面形精度的影响
        4.4.2 振动参数对面形精度的影响
    4.5 振动作用对薄壁微构件毛刺的影响
        4.5.1 微细铣削加工毛刺结构的种类
        4.5.2 振动参数对毛刺的影响
    4.6 振动辅助作用对微铣削刀具磨损的影响
        4.6.1 刀具偏心对刀具磨损形态的影响
        4.6.2 振动作用对刀具磨损形态的影响
    4.7 本章小结
第5章 振动辅助参数对薄壁微构件加工样件力学性能影响的研究
    5.1 引言
    5.2 薄壁微构件力学性能测试装置研制
        5.2.1 薄壁微构件力学测试装置搭建
        5.2.2 力学性能测试装置可靠性研究
    5.3 振动参数对薄壁微构件力学性能的影响
        5.3.1 振动参数对弹性模量的影响
        5.3.2 振动参数对抗拉强度的影响
        5.3.3 振动参数对屈服强度的影响
        5.3.4 振动参数对断裂伸长率的影响
    5.4 振动作用对薄壁微构件断裂区域的影响
        5.4.1 振动作用对力学薄弱位置的影响
        5.4.2 力学薄弱位置变化原因分析
        5.4.3 振动作用对薄壁微构件断裂形态的影响
    5.5 薄壁微构件力学性能与表面质量信息关系模型的建立
        5.5.1 二次回归旋转中心关系模型的设计
        5.5.2 力学性能与面粗糙度及面形精度的关系模型
        5.5.3 关系模型准确性的实验验证
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】:
期刊论文
[1]微铣削加工机理研究新进展[J]. 陈明君,陈妮,何宁,倪海波,刘战强,李亮.  机械工程学报. 2014(05)
[2]振动切削技术的研究与发展应用[J]. 周丽丽,张平宽,王慧霖,张宗彩.  煤矿机械. 2009(02)
[3]薄壁零件的加工方法[J]. 姚荣庆.  机床与液压. 2007(08)
[4]微构件力学性能片外拉伸测试装置[J]. 沈洪源,褚金奎,张段芹,罗汝林.  传感器与微系统. 2007(07)
[5]微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的实验研究[J]. 赵岩,梁迎春,白清顺,王波,孙雅洲,陈明君.  光学精密工程. 2007(06)
[6]带三维结构的惯性MEMS器件的微细铣削加工[J]. 王波,梁迎春,孙雅洲,谭亚明.  传感技术学报. 2006(05)
[7]工件表面质量的检测[J]. 程卫民,陈岭丽,潘薇燕.  测控技术. 2004(05)
[8]适用于微机械制造的常规加工方法[J]. 贾宝贤,王振龙,赵万生.  新技术新工艺. 2003(08)

博士论文
[1]基于最小切除厚度的微切削加工机理研究[D]. 史振宇.山东大学 2011
[2]二维振动辅助微细铣削机理及其实验研究[D]. 丁辉.哈尔滨工业大学 2011
[3]超声振动辅助铣削加工技术及机理研究[D]. 沈学会.山东大学 2011
[4]航空薄壁件精密铣削加工变形的预测理论及方法研究[D]. 白万金.浙江大学 2009
[5]微细铣削机床、刀具与加工机理的基础研究[D]. 曹自洋.南京航空航天大学 2009
[6]介观尺度材料力学性能建模及微铣削工艺优化研究[D]. 李红涛.上海交通大学 2008

硕士论文
[1]超声波椭圆振动切削理论研究与装置设计[D]. 王跃.太原理工大学 2010
[2]微细铣削刀具磨损机理及工件毛刺影响因素的研究[D]. 杨凯.哈尔滨工业大学 2007



本文编号:3604517

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