發(fā)布時(shí)間：2017-09-06 01:34

  本文關(guān)鍵詞：單點(diǎn)金剛石超精密車削微結(jié)構(gòu)加工工藝規(guī)劃研究

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,超精密微結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域變得越來越廣泛,因此帶有微結(jié)構(gòu)的模具制造成為了現(xiàn)如今的熱門話題。輥筒模具由于在工業(yè)化大批量生產(chǎn)當(dāng)中可以連續(xù)滾壓復(fù)制,成為了高效率主流模具。超精密車削由于車削設(shè)備比起一般車床更為精密,且車削過程中走刀步距小于金剛石刀具的刀尖圓弧半徑,造成了單點(diǎn)金剛石車削效率低下。因此,在保證微結(jié)構(gòu)加工精度與表面粗糙度的前提下,應(yīng)盡可能的降低時(shí)間成本。本文選擇了微V結(jié)構(gòu)與四棱錐結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,分析了傳統(tǒng)微V結(jié)構(gòu)環(huán)形斷續(xù)式車削的方法,并提出改進(jìn)微V結(jié)構(gòu)螺旋連續(xù)式車削方法。分析刀具路徑后得到改進(jìn)車削效率比傳統(tǒng)車削效率高。由于螺旋連續(xù)式車削方法在滾壓過程中會(huì)存在一定的斜度誤差,本文引用了螺紋升角α作為斜度誤差的表征量。當(dāng)輥筒直徑為500mm時(shí),其滾壓過程中的斜度誤差為0.000730,即在滾壓1OOmm時(shí),結(jié)構(gòu)偏移1μm,控制在滾壓復(fù)制時(shí)誤差范圍之內(nèi)。將螺旋連續(xù)式的車削方法應(yīng)用到四棱錐車削當(dāng)中,提出了斜450四棱錐車削方法與正交四棱錐車削方法,分析了兩種車削方法的優(yōu)劣與所耗費(fèi)的時(shí)間成本。得出正交四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法比斜450車削方法的效率更高。在輥筒端面車削中會(huì)產(chǎn)生分度誤差,引入平均化誤差εcq。當(dāng)四棱錐結(jié)構(gòu)寬度為30μm,端面車削次數(shù)為15800次時(shí),平均到每一個(gè)四棱錐結(jié)構(gòu)中的誤差為60.46nm,幾乎可以忽略不計(jì)。應(yīng)用有限元模擬軟件ABAQUS模擬了車削過程中刀具所受的切削力。選擇了金剛石車削常用的三種材料,得出在車削鎳磷合金MP35N時(shí),刀具所受的切削力最大。但由于鎳磷合金MP35N材料本身的特性,這種材料更適合作為模具材料來使用。同時(shí)進(jìn)行了工藝參數(shù)切削深度αp與切削速度vc的切削模擬,發(fā)現(xiàn)了切削力隨著切削深度αp與切削速度vc。的增加而增大,并且切削深度ap對(duì)切削力的影響更大。為了驗(yàn)證螺旋連續(xù)式微V結(jié)構(gòu)車削方法的有效性,進(jìn)行了鋁6061車削試驗(yàn),并通過3D激光顯微鏡對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行檢測(cè),獲得了車削后微V結(jié)構(gòu)的三組表面粗糙度。通過應(yīng)用Matlab/Simulink對(duì)車削系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模仿真,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過車削系統(tǒng)后得到的刀架位移會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)。通過仿真模型得到模擬表面粗糙度R值,選取試驗(yàn)中所測(cè)粗糙度值進(jìn)行比較,得出了兩者誤差在10%以內(nèi),驗(yàn)證了仿真模型的有效性。
【關(guān)鍵詞】：金剛石車削 刀具路徑 切削力 表面粗糙度
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG51
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符號(hào)說明17-18
• 第一章 緒論18-26
• 1.1 本課題的來源及背景18
• 1.2 國內(nèi)外單點(diǎn)金剛石車削現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1 超精密加工發(fā)展歷史18-19
• 1.2.2 超精密加工技術(shù)應(yīng)用19-20
• 1.3 金剛石車削刀具路徑規(guī)劃概述20-22
• 1.4 金剛石車削工藝概述22-23
• 1.5 單點(diǎn)金剛石車削刀具23-25
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容25-26
• 第二章 輥筒模具微V結(jié)構(gòu)刀具路徑規(guī)劃研究26-48
• 2.1 引言26
• 2.2 輥筒模具微V結(jié)構(gòu)成型原理26-27
• 2.3 加工參數(shù)選擇與加工尺寸確定27-28
• 2.3.1 加工設(shè)備的選擇27-28
• 2.3.2 加工尺寸確定與加工參數(shù)的選擇28
• 2.4 傳統(tǒng)輥筒模具微V結(jié)構(gòu)車削方法28-33
• 2.4.1 車削刀具運(yùn)動(dòng)流程28-29
• 2.4.2 車削刀具運(yùn)動(dòng)路徑29-33
• 2.4.3 傳統(tǒng)車削方法的缺點(diǎn)33
• 2.5 改進(jìn)輥筒模具微V結(jié)構(gòu)車削方法33-38
• 2.5.1 車削刀具運(yùn)動(dòng)流程33-34
• 2.5.2 車削刀具運(yùn)動(dòng)路徑34-37
• 2.5.3 改進(jìn)車削方法的優(yōu)點(diǎn)37-38
• 2.6 改進(jìn)輥筒模具微V結(jié)構(gòu)滾壓誤差38-40
• 2.6.1 滾壓誤差來源38
• 2.6.2 滾壓誤差表征38-40
• 2.7 輥筒模具微V結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)車削與改進(jìn)車削方法效率比較40
• 2.8 仿形法加工與軌跡法加工方法比較40-45
• 2.8.1 兩種方法車削原理40-41
• 2.8.2 兩種方法車削刀具路徑41-44
• 2.8.3 兩種方法車削效率44-45
• 2.9 本章小結(jié)45-48
• 第三章 輥筒模具四棱錐結(jié)構(gòu)刀具路徑規(guī)劃研究48-66
• 3.1 引言48
• 3.2 輥筒模具四棱錐結(jié)構(gòu)成型原理48-49
• 3.3 加工參數(shù)選擇與加工尺寸確定49
• 3.3.1 加工設(shè)備的選擇49
• 3.3.2 加工尺寸確定與加工參數(shù)選擇49
• 3.4 輥筒模具斜45°四棱錐結(jié)構(gòu)加工方法49-55
• 3.4.1 車削刀具運(yùn)動(dòng)流程49-51
• 3.4.2 車削刀具運(yùn)動(dòng)路徑51-54
• 3.4.3 斜45°四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法評(píng)價(jià)54-55
• 3.5 輥筒模具正交四棱錐結(jié)構(gòu)加工方法55-59
• 3.5.1 車削刀具運(yùn)動(dòng)流程55-56
• 3.5.2 車削刀具運(yùn)動(dòng)路徑56-59
• 3.5.3 正交四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法評(píng)價(jià)59
• 3.6 四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法誤差分析59-62
• 3.6.1 誤差來源60
• 3.6.2 誤差計(jì)算60-62
• 3.7 兩種四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法效率62-63
• 3.7.1 輥筒斜45°四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法效率62-63
• 3.7.2 輥筒正交四棱錐結(jié)構(gòu)車削方法效率63
• 3.8 本章小結(jié)63-66
• 第四章 單點(diǎn)金剛石車削工藝參數(shù)與切削力研究66-86
• 4.1 引言66
• 4.2 金剛石切削中切削力理論分析66-68
• 4.2.1 金剛石切削中切削力來源66-67
• 4.2.2 金剛石切削中切削力分解67-68
• 4.2.3 金剛石車削中的切削力經(jīng)驗(yàn)公式68
• 4.2.4 金剛石車削中切削力對(duì)工件加工質(zhì)量的影響68
• 4.3 切削過程模擬模型建立68-71
• 4.3.1 有限元軟件的選擇68-70
• 4.3.2 有限元模型建立70-71
• 4.4 車削不同材料切削力比較71-79
• 4.4.1 車削材料的選擇71-72
• 4.4.2 車削模擬工藝選擇72-73
• 4.4.3 模擬結(jié)果及分析73-79
• 4.5 工藝參數(shù)與切削力關(guān)系79-84
• 4.5.1 切削深度a_p與切削力關(guān)系79-81
• 4.5.2 切削速度v_c與切削力關(guān)系81-84
• 4.6 模擬結(jié)果驗(yàn)證84-85
• 4.7 工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇85
• 4.8 本章小結(jié)85-86
• 第五章 車削質(zhì)量的仿真與試驗(yàn)分析86-100
• 5.1 引言86
• 5.2 粗糙度測(cè)量方法及標(biāo)準(zhǔn)86-87
• 5.2.1 粗糙度測(cè)量方法概述86
• 5.2.2 常用粗糙度標(biāo)準(zhǔn)86-87
• 5.3 粗糙度形成分析87-90
• 5.3.1 粗糙度影響因素概述87-88
• 5.3.2 幾何因素的影響88-90
• 5.3.3 非幾何因素影響90
• 5.4 車削系統(tǒng)仿真模型建立90-93
• 5.4.1 車削系統(tǒng)簡(jiǎn)化90-91
• 5.4.2 控制系統(tǒng)模型91-93
• 5.5 車削系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析93-94
• 5.5.1 車削系統(tǒng)仿真結(jié)果93
• 5.5.2 車削系統(tǒng)仿真結(jié)果評(píng)價(jià)93-94
• 5.6 輥筒模具微V結(jié)構(gòu)車削試驗(yàn)與檢測(cè)94-98
• 5.6.1 輥筒模具微V結(jié)構(gòu)車削試驗(yàn)94-95
• 5.6.2 工件表面形貌檢測(cè)設(shè)備選擇95-97
• 5.6.3 工件表面形貌檢測(cè)結(jié)果97-98
• 5.7 仿真結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果比對(duì)98-99
• 5.8 本章小結(jié)99-100
• 第六章 總結(jié)與展望100-102
• 6.1 結(jié)論100-101
• 6.2 進(jìn)一步工作展望101-102
• 參考文獻(xiàn)102-106
• 致謝106-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文108-110
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介110-111
• 附件111-112

【參考文獻(xiàn)】

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