硬脆性材料微细机械加工刀具特性研究

摘要

微铣削技术是现代高速切削加工的一项重要技术，以其高柔性、高效化、可加工复杂机构并且能有效克服微机电系统(MEMS)的局限性的卓越优势，已经成为当今世界机械加工领域研究的一个热门领域。
　　 本文以研究微机械加工中刀具铣削硬脆性材料时的特性为目的，研究了硬质合金微球头铣刀的材料、几何、力学和铣削特性，研制了微铣削实验平台，并通过实验验证了铣削力及铣削参数对铣削过程的影响。
　　 1.对硬质合金球头铣刀进行了分类，并在此基础上按照几何角度对其参数特征对圆柱球头铣刀的结构参数进行了详细的数学描述，并建立了其轴向与径向截面线和刃形线的数学表达式。
　　 2.通过Pro/E和ANSYS 建立了球头铣刀的有限元模型，利用该有限元模型对球头铣刀进行了有限元分析，主要包括应力变形分析和模态分析。详细讨论了铣刀结构和材料对其频率和变形量的影响。
　　 3.利用自行研制的微铣削加工实验系统进行了硬质合金球头铣刀铣削石英玻璃的实验。该平台以高速电主轴为中心，配以三向测力仪和微进给系统，实现对铣削力的实时监测，并通过分度盘实现倾斜铣削。通过改变铣削参数，得到了不同工况下的铣削力，结合有限元仿真得到了铣刀的不同变形情况和受力状态。
　　 4.从振动理论出发，探讨了铣削加工过程中的铣刀振动机理，并相应提出了一些减小铣刀振动的方法和途径。
　　 全文以铣刀特性研究为主线，分别从结构、力学、振动等方面进行了模型建立和模拟分析，并通过实验进行了特性调查和模型验证，结果表明本文研究方法思路可行，研究结果符合实际。