發(fā)布時間：2020-06-24 19:27

【摘要】：近年來,伴隨著航空航天、醫(yī)療電子等多個領(lǐng)域中產(chǎn)品小型化的設(shè)計(jì)與開發(fā)趨勢,具有復(fù)雜三維形貌特征的微小型零件的高效高精度加工制造也越來越多地受到人們關(guān)注。傳統(tǒng)的超精密加工裝備存在占地面積大、使用維護(hù)成本高、能源消耗大等缺點(diǎn),而衍生于微電子技術(shù)的MEMS技術(shù)難以加工復(fù)雜三維形貌的產(chǎn)品,同時受制于有限的加工材料;因此這兩種技術(shù)均不適合微小型零件的現(xiàn)代化快速響應(yīng)制造要求。此時,融合了傳統(tǒng)機(jī)加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及小型化機(jī)床技術(shù)的微細(xì)切削制造技術(shù),因其相對較高制造精度和相對較低生產(chǎn)成本的綜合優(yōu)勢得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本文以微型三軸切削機(jī)床的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),在微型機(jī)床實(shí)驗(yàn)平臺上開展了對微銑削過程中最小切削厚度、切削力及表面形貌的研究,采用直角切削有限元仿真和微細(xì)切削實(shí)驗(yàn)的方法對微細(xì)切削過程中的最小切削厚度進(jìn)行了分析,同時建立了切削力和表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)公式,對切削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇。本文旨在為微型機(jī)床的工業(yè)化應(yīng)用和薄筋件微細(xì)切削加工參數(shù)優(yōu)化做出探索,優(yōu)化小型化零件的微細(xì)切削工藝過程。具體的研究工作還包括:立式微型三軸切削機(jī)床的研制;針對慣性導(dǎo)航零件的加工技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)開發(fā)了一套立式三軸微型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),包括直線電機(jī)在豎直方向運(yùn)動時的氣缸配重設(shè)計(jì)、切削力測量系統(tǒng)的搭建以及機(jī)床龍門結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過有限元仿真分析表明所設(shè)計(jì)的三心拱龍門結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)剛度相對傳統(tǒng)龍門結(jié)構(gòu)分別提高了12.8%和14.8%。隨后通過錘擊實(shí)驗(yàn)檢測了三心拱結(jié)構(gòu)固有振動頻率,進(jìn)一步對微型切削機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了有限元仿真分析,得到了微型數(shù)控機(jī)床整機(jī)的靜力變形圖,并對主軸夾持部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。隨后通過雙頻激光干涉儀對X、Y、Z運(yùn)動軸的定位精度進(jìn)行了檢測。最后給出了一組零件薄壁筋特征的加工實(shí)例。微細(xì)切削過程中最小切削厚度與刀具刃口圓弧半徑關(guān)系的建立。首先應(yīng)用位錯理論分析了考慮尺寸效應(yīng)下的材料本構(gòu)模型修正,進(jìn)一步在Deform仿真軟件中進(jìn)行正交直角切削過程有限元仿真分析獲得恒彈合金材料最小切厚與刀尖刃口圓弧半徑的關(guān)系;最后通過槽銑削實(shí)驗(yàn)中切削力和表面形貌的變化規(guī)律對上述關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。微細(xì)切削過程中切削力指數(shù)模型的建立。在獲得最小切削厚度值的基礎(chǔ)上,分犁切和剪切兩個切削狀態(tài)分別建立切削力關(guān)于切削厚度的指數(shù)模型。通過直角切削仿真實(shí)驗(yàn)對模型的系數(shù)進(jìn)行擬合計(jì)算。最后通過兩刃微銑刀的單齒切削實(shí)驗(yàn)對所建立的切削力模型進(jìn)行了驗(yàn)證。微細(xì)切削表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究與工藝參數(shù)優(yōu)化。首先選取每齒進(jìn)給量、切削速度和切削深度這三個因素設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn),獲得這三個參數(shù)對表面粗糙度的影響程度及規(guī)律,隨后設(shè)計(jì)中心組合實(shí)驗(yàn)建立表面粗糙度的二次曲面響應(yīng)模型,并對預(yù)測模型的顯著性進(jìn)行了檢驗(yàn)。最后結(jié)合等高線圖,以提高材料去除率為目標(biāo),對指定表面粗糙度下的切深及切削速度等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659

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本文編號：2728257