非谐振式振动辅助工作台研制及微细铣削工艺实验研究

摘要

随着加工技术的进步与产品小型化的发展要求,微型零件的应用领域越来越广泛,并且对微型零件的材料性能和微型结构的加工质量也提出了很高的要求,这就对微型零件制造工艺提出了更高的要求。在微型零件的加工技术中,特别是结构复杂且尺寸小的微型零件加工中,微细铣削加工技术占有极其重要的地位。但是由于微细铣削系统本身属于刚度较弱的系统,很难实现精密级别的微细铣削加工。在常规尺度铣削过程或者是在非回转刀具的加工过程中,为了改善加工状态,提出在切削过程中施加振动辅助的方法,可以改善加工状态,同样为了改善微细铣削的加工状态,在微细铣削过程施加振动辅助的方法,本文就振动辅助对微细铣削加工性能的影响进行研究。
　　一般在切削过程中施加振动辅助分成刀具振动和工件振动两大类,本文研究的微细铣削的铣刀是采用空气涡轮高速主轴夹持进行微细铣削加工的,故不能在刀具一侧施加振动辅助的效果,所以采用振动辅助工作台的形式,将振动信号施加在工件一侧。本文设计一种非谐振振动辅助系统,该系统其主体基于高精度的微小位移柔性铰链机构的振动辅助工作台,利用压电陶瓷的精确的动态响应性能,实现工件上的精确振动动作,并且配有压电陶瓷控制器、压电陶瓷冷却夹持装置、压电陶瓷的预紧装置和激光三角反射位移传感器等,以便对振动的位移进行精确的控制和检测。
　　本文将非谐振振动辅助系统与精密微细铣削系统两者集成,实现非谐振式振动辅助系统和精密微细铣削系统的兼容,为研究振动辅助技术对微细铣削加工工艺的影响打下良好的基础。
　　本文在对微尺度槽结构进行微细铣削加工和振动辅助微细铣削加工的实验研究中,采用正交实验的方法,对微细铣削参数中的每齿进给量,以及振动信号的参数即振动频率和振幅对槽结构的表面粗糙度和面型精度的影响进行研究,实验证明在微细铣削过程中施加振动辅助可以有效的改善槽结构的表面粗糙度和面型精度,并且对振动信号的加入对微细铣削力的影响情况和振动信号对刀具磨损的影响情况进行了简要分析可知,施加振动辅助信号可以减小每个切削周期内的平均切削力,并且降低刀具的磨损速度。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题来源及研究的意义

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3.1 振动辅助铣削技术的研究现状及分析

1.3.2 非谐振式振动辅助切削技术的研究现状及分析

1.4 课题主要研究内容

第2章 非谐振式振动辅助微细铣削原理及建模分析

2.1 引言

2.2 振动辅助微细铣削加工原理

2.3 非谐振式振动辅助微细铣削切削运动机理

2.3.1 微细铣削的运动学分析

2.3.2 非谐振式振动辅助微细铣削运动学分析

2.4 非谐振式振动辅助微细铣削的铣削力建模

2.4.1 微细铣削的瞬时铣削力模型

2.4.2 非谐振式振动辅助微细铣削瞬时铣削力模型

2.5 非谐振式振动辅助微细铣削表面形貌建模及影响

2.5.1 非谐振式振动辅助微细铣削表面形貌的影响因数

2.5.2 槽结构底面面型建模分析

2.5.3 槽结构加工过程切削参数的影响

2.5.4 槽底表面形貌的评价

2.6 本章小结

第3章 非谐振式振动辅助系统设计及实现

3.1 引言

3.2 非谐振式振动辅助微细铣削系统的总体介绍

3.2.1 微细铣削系统简介

3.2.2 非谐振式振动辅助系统简介

3.3 非谐振式振动辅助系统的设计

3.3.1 振动辅助工作台的设计

3.3.2 压电陶瓷致动器和预紧装置

3.3.3 压电陶瓷控制系统

3.3.4 振动检测部分

3.3.5 冷却夹持装置

3.4 非谐振式振动辅助系统的测试

3.4.1 压电陶瓷控制器输出性能测试

3.4.2 振动工作台性能调试

3.5 本章小结

第4章 非谐振式振动辅助微细铣削工艺研究

4.1 引言

4.2 非谐振式振动辅助微细铣削工艺试验设计

4.2.1 非谐振式振动辅助铣削实验环境

4.2.2 非谐振式振动辅助微细铣削正交试验设计

4.3 非谐振式振动辅助微细铣削工艺参数的选择

4.3.1 铣削工艺参数每齿进给量的选择

4.3.2 振动信号频率

4.3.3 振动信号幅值

4.4 非谐振式振动辅助微细铣削结果检测及分析

4.4.1 表面粗糙度

4.4.2 面形精度检测

4.4.3 刀具磨损研究

4.5 铣削力分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致谢