微圆弧金刚石刀具超精密车削仿真与实验研究

发布时间：2021-01-18 18:52

　　单点金刚石超精密车削已成为目前制备高表面质量元器件的重要加工技术手段之一,而微圆弧单点金刚石刀具的刀尖圆弧制造精度在加工过程中也是影响加工质量的关键一环。微圆弧金刚石刀具可以通过修磨等手段来提高制造精度,但无论如何始终存在一定的偏差,所以在利用微圆弧金刚石刀具加工工件时,可以通过误差补偿的方法来提高加工精度。本文以获得刀具波纹度对加工工件表面质量以及面形精度的影响规律为目的,利用Matlab软件建立了数值仿真模型,据此展开了不同刀具波纹度下不同进给速度以及刀尖圆弧半径的数值仿真研究。首先利用半径波幅仪对刀具进行测量,根据测量结果,得到了两种较为典型的刀具波纹度,中频小幅值波纹度与低频大幅值波纹度。然后对车削过程进行了理论推导,根据理论推导过程利用Matlab软件建立数值仿真模型,研究了中频小幅值波纹度与低频大幅值波纹度的刀具在不同进给速度以及刀尖圆弧半径下对加工工件表面质量以及面形精度的影响。开展了微小圆弧超精密车削加工实验,并利用白光干涉仪和轮廓仪检测加工后的圆弧曲面的表面质量以及面形精度,结合仿真结果,得到了刀具波纹度对工件表面质量及面形精度的影响规律。在文献的调研中发现,在刀具前... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２切削加工后不同织构刀具磨损对比??１．２．４国内外文献简析??

?微圆弧金刚石刀具超精密车削仿真与实验研究???？２３??工件轮廓??？３?????Ｗ?个??棚?防??７８０?＾?半径ｌｍｍ圆弧轮廓??？?？？?????ＴＭ２１?ｒ？Ｊ?ＪＷ３?ｌ?＊Ｓ４?７Ｍ?）?ｍｔ?ｆ？６?５?７？ｆｌ??？?ＩＷ?？〇？＞?？Ｗ１?？〇?ｗｎｅ?１Ｗ？??（ａ）全局仿真结果?（ｂ）局部放大??图２．３理想刀具仿真结果??ｆ，，ｔ．?—?—■?■■?—■?■?—?．?．?■?■?－?？．?－?＿■■■■＿■？?ｆ?＿?．．?■，?＿■■■＿■■■■■＿?????＜?■工件轮廓?＜?一工件轮廓??供??ｒａａ?４”??Ｔｗ｜??．半径１ｍｍ圆弧轮廓?半径１ｍｍ圆弧轮廓??ｒ〇？＞４?ｒａｔａ?．ｔ？＊?Ｔａｅａ?ｒｏ？ｒａｉ？ｎ：ｔｒ６ｒａＴ〇？ｒａｅ＊Ｑ？?ｕｎｉ?ｂｔ？?？ｎ？?ａｒｏ?ａｍ?ａ?ａｎ?ｏｏａ?＿ｉ??（ａ＞波峰位置局部放大?（ｂ）波谷位置局部放大??图２．４带波纹度刀具仿真结果??ｒｌ０－ｆ５?０４??ｒｌ０－ｆ５??ｉ：：丨ｔｏｆｅｄｌ：八?Ａ?Ａ?／??－〇．?１?１?ｉ?１?ｉ?１?ｉ?＇?ｉ?＇?０．０?????＇、义１?１?■?＾￣ｉ?■?ｒ＊—＇??２０?３０?４０?５０?６０?７０?４４．０?４４．２?４４．４?４４．６?４４．８?４５．０??展开角度（ｄｅｇ）?展开角度（ｄｅｇ）??（ａ）２０－７０度工件轮廓?（ｂ）４４－４Ｓ度局部区域工件轮廓??图２．Ｓ理想刀具仿真得到的工件轮廓展平结果??２．３二维正交切削有限元仿真建模??利用ＡＢＡＱＵＳ软件进行有限元仿真分析

?微圆弧金刚石刀具超精密车削仿真与实验研宄???２．３．１绘制部件及部件装配??本文建立的模型为金属铝二维正交切削有限元仿真，刀具材料为金刚石车刀。该模??型的部件分为工件和刀具，由于是建立二维正交切削，所以在模型空间设置时需要设置??为二维平面，部件单位设置为ｇｍ，类型选择为可变形。工件模型大小为５（＾ｍｘ２０＾ｉｍ，??刀具模型为简化的刀具截面，前刀面为〇°，后刀面为１〇°，刃口半径为０．１ｐｍ。通常刀??具材料为金刚石，工件材料为金属时，在刀具建模时会在类型里选择解析刚体，将刀具??视为简单的线段组成，而本文由于后续所建立刀具模型在并不是由简单的线段组成，所??以也需要在类型中选择可变形。同时在绘制过程中需要注意工件和刀具绘制的位置，在??绘制过程中考虑仿真的起始位置，将两个部件的开始接触的位置选择同样的起点进行部??件绘制，这样在装配模块中只需导入部件组合就可以完成装配，既快速又准确。??在工件部件绘制完成后，为了节约后续的网格划分以及相互作用的设置时减少仿真??计算量，可以利用拆分面功能，将工件分为三层，如图２．６所示，由上往下，第一层为??切削层，第二层为过渡层，第三层为工件基底。??图２．６切削仿真模型??２．３．２材料属性模块参数设置??本课题研究的加工工件材料为高纯铝，纯度大于９９．９９６％，在材料属性模块中需要??设置的工件材料物理参数如表２．２所示。刀具材料为金刚石，其需要设置的物理参数如??表２．３所示。??１４??


本文编号：2985467