论文摘要
微铣削加工技术具有材料适应范围广,能够加工三维复杂形状和柔性高等优点,在生物医学、能源和微电子等领域得到了广泛的应用。但是,由于微铣刀直径小、强度低,刀具过早失效和寿命的不可预知已经成为阻碍微铣削发展的一个很大障碍。另外,在微铣削加工中,由于径向跳动与刀具直径的比值是常规铣削的十几倍到几十倍,其对零件加工精度的破坏性远大于常规铣削。目前,国际上对微铣削的研究多关注于微铣削过程的在线监测以及切削力模型的构建,关于微铣削过程中刀具径向跳动与切削加工参数共同作用对刀具失效以及加工精度的影响研究较少。因此,本文决定从刀具径向跳动和切削加工参数着手对于微铣削过程刀具失效以及加工精度进行研究。本文采用有限元的方法,建立了考虑刀具变形和径向跳动的三维微铣削模型；通过对微铣刀切削刃运动轨迹进行分析,研究了径向跳动对单齿球头微铣刀加工精度和弯曲变形的影响；基于建立的微铣削模型,模拟研究了径向跳动和切削加工参数对微铣削过程切削力、微铣刀弯曲变形以及失效的影响规律；运用瞬态动力学的方法研究了微铣刀倾斜、偏心、悬伸长度和主轴转速对刀具径向跳动放大的影响；采用实验的方法研究了主轴转速、铣削深度、每转进给量和刀具径向跳动对加工精度的影响。对微铣刀切削刃的运动学分析表明,刀具径向跳动角度为0°和180°时对加工精度影响最大,90°和270°时对加工精度的影响最小；角度为90°和180°时,径向跳动的影响会使微铣刀弯曲变形增大,0°和270°时会使刀具的弯曲变形减小。仿真表明：径跳对单齿微铣刀切削力及其引起的弯曲变形的影响很小,符合运动学分析的结果；切削力和微铣刀弯曲变形随铣削深度和每转进给量的增大而增大,随着主轴转速的增大而减小；微铣削加工中新刀具最可能在切削刃上切削速度最大点附近发生破损,刀具折断一般不会发生,刀具失效概率随切削加工参数的增大而增大。微铣刀径向跳动的放大值随着安装误差、刀具悬伸长度和主轴转速的增大而增大；径跳放大率随着刀具悬伸长度和主轴转速的增大而增大,却随着安装误差的增大而减小。微铣削实验表明径跳和切削加工参数对加工精度和微铣刀弯曲变形的影响与数值模拟的结果吻合。