本文針對某新型慣性傳感器零件的微細加工相關關鍵技術開展研究,該零件為薄壁微結構件,其特征尺寸只有10μm。這類零件的制造難點在于兩方面,一方面極小的尺寸限制了加工工具的選擇和工藝系統(tǒng)剛度的提高,另一方面由于薄壁結構的存在,微小的尺寸誤差、表面紋理或者表面變質層都會對零件的力學性能帶來相對較大的影響。微細銑削加工技術作為目前微結構件主要的加工方法之一,具有加工靈活性好、加工效率高等優(yōu)點,但同時也存在著刀具磨損劇烈、結構件的表面加工質量一致性差的缺陷。因此如何實現(xiàn)薄壁微構件的高效率、高質量制造成為了目前超精密微細銑削加工領域亟待解決的重要技術難題。為了改善薄壁微構件的微細銑削條件,提高該零件的加工精度和表面質量,提高微細銑刀的刀具耐用度,本文提出了振動輔助超精密微細銑削加工的方法,針對薄壁微構件的振動輔助微細銑削加工相關的關鍵技術開展研究。設計了新型振動形式的振動輔助超精密微細銑削加工裝置。由于微細銑削裝置中銑刀處于旋轉切削狀態(tài),并且高速主軸的質量也較大,故不能按常規(guī)振動切削形式將振動施加在刀具一側。本文選擇將振動輔助施加在工件一側。該振動輔助裝置的設計要求為振動頻率和幅值均可以調(diào)節(jié),以適... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 振動輔助切削的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 微細銑削及振動輔助切削機理的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 微細銑削及振動輔助微細銑削加工精度的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 薄壁微構件力學性能測試的研究現(xiàn)狀
        1.2.5 國內(nèi)外研究文獻綜述簡析
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 振動輔助微細銑削系統(tǒng)的研制及性能測試
    2.1 引言
    2.2 振動輔助微細銑削系統(tǒng)的設計
        2.2.1 振動輔助微細銑削系統(tǒng)的總體設計
        2.2.2 微細銑削裝置的設計
        2.2.3 振動輔助工作臺的設計
    2.3 振動輔助工作臺的搭建
        2.3.1 振動輔助工作臺驅動元件的選擇
        2.3.2 振動輔助工作臺運動模式的實現(xiàn)
    2.4 振動輔助工作臺的性能測試
        2.4.1 振動輔助工作臺的靜態(tài)響應及其測試
        2.4.2 壓電陶瓷動態(tài)驅動性能測試
        2.4.3 壓電陶瓷動態(tài)穩(wěn)定性測試
    2.5 振動輔助工作臺在線監(jiān)測功能的研究
        2.5.1 振動輔助工作臺在線監(jiān)測功能的實現(xiàn)
        2.5.2 振動輔助工作臺實時反饋信號的分析
        2.5.3 刀具磨損的實時監(jiān)控及分析
    2.6 本章小結
第3章 振動輔助微細銑削力的建模與實驗研究
    3.1 引言
    3.2 微細銑削力模型的建立
        3.2.1 常規(guī)微細銑削過程銑削力模型
        3.2.2 未變形切削厚度模型
        3.2.3 摩擦角與剪切角模型
        3.2.4 刀具等效前角模型
        3.2.5 切削寬度以及滯后角模型
        3.2.6 微細銑削力模型積分上下限
    3.3 考慮刀具偏心的微細銑削力模型的建立
        3.3.1 刀具偏心對未變形切削厚度的影響
        3.3.2 刀具偏心對刀具等效前角的影響
        3.3.3 長短刃切削積分區(qū)間的研究
        3.3.4 單刃切削積分區(qū)間的研究
    3.4 振動作用對微銑削力的影響
        3.4.1 振動作用對銑削力影響的分析
        3.4.2 振動作用下未變形切削厚度對銑削力模型的影響
    3.5 考慮刀具偏心的振動輔助微細銑削力實驗研究
        3.5.1 常規(guī)微細銑削力的實驗研究
        3.5.2 振動輔助微細銑削力的實驗研究
    3.6 本章小結
第4章 振動輔助微細銑削薄壁微構件表面質量及刀具磨損研究
    4.1 引言
    4.2 振動作用對薄壁件表面及切屑形貌影響
        4.2.1 刀具偏心對表面形貌的影響
        4.2.2 振動作用對表面形貌的影響
        4.2.3 振動作用對切屑形貌的影響
    4.3 振動作用對面粗糙度的影響
        4.3.1 微細銑削參數(shù)對面粗糙度的影響
        4.3.2 振動參數(shù)對面粗糙度的影響
    4.4 振動作用對面形精度的影響
        4.4.1 微細銑削參數(shù)對面形精度的影響
        4.4.2 振動參數(shù)對面形精度的影響
    4.5 振動作用對薄壁微構件毛刺的影響
        4.5.1 微細銑削加工毛刺結構的種類
        4.5.2 振動參數(shù)對毛刺的影響
    4.6 振動輔助作用對微銑削刀具磨損的影響
        4.6.1 刀具偏心對刀具磨損形態(tài)的影響
        4.6.2 振動作用對刀具磨損形態(tài)的影響
    4.7 本章小結
第5章 振動輔助參數(shù)對薄壁微構件加工樣件力學性能影響的研究
    5.1 引言
    5.2 薄壁微構件力學性能測試裝置研制
        5.2.1 薄壁微構件力學測試裝置搭建
        5.2.2 力學性能測試裝置可靠性研究
    5.3 振動參數(shù)對薄壁微構件力學性能的影響
        5.3.1 振動參數(shù)對彈性模量的影響
        5.3.2 振動參數(shù)對抗拉強度的影響
        5.3.3 振動參數(shù)對屈服強度的影響
        5.3.4 振動參數(shù)對斷裂伸長率的影響
    5.4 振動作用對薄壁微構件斷裂區(qū)域的影響
        5.4.1 振動作用對力學薄弱位置的影響
        5.4.2 力學薄弱位置變化原因分析
        5.4.3 振動作用對薄壁微構件斷裂形態(tài)的影響
    5.5 薄壁微構件力學性能與表面質量信息關系模型的建立
        5.5.1 二次回歸旋轉中心關系模型的設計
        5.5.2 力學性能與面粗糙度及面形精度的關系模型
        5.5.3 關系模型準確性的實驗驗證
    5.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]微銑削加工機理研究新進展[J]. 陳明君,陳妮,何寧,倪海波,劉戰(zhàn)強,李亮.  機械工程學報. 2014(05)
[2]振動切削技術的研究與發(fā)展應用[J]. 周麗麗,張平寬,王慧霖,張宗彩.  煤礦機械. 2009(02)
[3]薄壁零件的加工方法[J]. 姚榮慶.  機床與液壓. 2007(08)
[4]微構件力學性能片外拉伸測試裝置[J]. 沈洪源,褚金奎,張段芹,羅汝林.  傳感器與微系統(tǒng). 2007(07)
[5]微細加工中的微型銑床、微刀具磨損及切削力的實驗研究[J]. 趙巖,梁迎春,白清順,王波,孫雅洲,陳明君.  光學精密工程. 2007(06)
[6]帶三維結構的慣性MEMS器件的微細銑削加工[J]. 王波,梁迎春,孫雅洲,譚亞明.  傳感技術學報. 2006(05)
[7]工件表面質量的檢測[J]. 程衛(wèi)民,陳嶺麗,潘薇燕.  測控技術. 2004(05)
[8]適用于微機械制造的常規(guī)加工方法[J]. 賈寶賢,王振龍,趙萬生.  新技術新工藝. 2003(08)

博士論文
[1]基于最小切除厚度的微切削加工機理研究[D]. 史振宇.山東大學 2011
[2]二維振動輔助微細銑削機理及其實驗研究[D]. 丁輝.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[3]超聲振動輔助銑削加工技術及機理研究[D]. 沈學會.山東大學 2011
[4]航空薄壁件精密銑削加工變形的預測理論及方法研究[D]. 白萬金.浙江大學 2009
[5]微細銑削機床、刀具與加工機理的基礎研究[D]. 曹自洋.南京航空航天大學 2009
[6]介觀尺度材料力學性能建模及微銑削工藝優(yōu)化研究[D]. 李紅濤.上海交通大學 2008

碩士論文
[1]超聲波橢圓振動切削理論研究與裝置設計[D]. 王躍.太原理工大學 2010
[2]微細銑削刀具磨損機理及工件毛刺影響因素的研究[D]. 楊凱.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3604517