基于机床体误差模型的加工面形误差预测

零件面形精度满足要求是超精密装备实现其关键功能的重要保证.影响工件加工面形精度的因素很多,机床体误差是其中最关键的因素.通过构建机床误差元与加工面形误差之间的直接关系来进行面形误差预测研究.提出了一种基于机床体误差模型的频域多尺度面形误差预测方法,该方法可结合机床体误差模型、工艺参数、加工轨迹等进行频域多尺度面形误差预测,可为加工路径规划、机床设计等提供理论参考,从而提高加工精度.进行了低频PV面形误差预测的实例研究,采用的机床为一台五轴联动超精密机床,加工表面为凹形截圆锥台锥面.通过实验与理论分别获得PV面形误差,其相对误差为17.3%,证明基于机床体误差模型的低频PV面形误差预测是可行的.     

Experiment and finite element analysis of micromilling force

For predicting the milling force in process of micromilling aluminum alloy, the law for micromilling force changing under different milling parameters was studied. The elastic-plastic finite elelent model of micromilling was found using general commercial software. During modeling, the Johnson-Cook＇ s coupled thermal- mechanical model was used as workpieee material model, the Johnson-Cook＇ s shear failure principle was adopted as workpiece failure principle, and the coupled thermal-mechanical hexahedron strain hybrid modules and serf-adaptive grid technology based on the updated Lagrange formulation were used to mesh the workpiece＇ s elements, while the friction between tool and workpiece obeys the modified Coulomb＇ s law that combines with the sliding friction and the adhesive friction. By means of finite element analysis, the law for micromilling force changing under different milling parameters was obtained, and the results were analyzed and compared. Finally micromilling experiments were carried out to validate the results of simulation.     

面向微小零件加工的微细切削技术

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨损方面的机理问题并指出了微细切削今后应当着重解决的技术难点。     

超声电机在微小型机床进给系统中的应用

利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术。超声电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,与传统的电磁电机相比具有许多优点。文章介绍一种由超声电机直接驱动的微小型机床进给系统,对机床进给系统的定位精度和伺服刚度进行了实验分析。同时,利用该微小型机床加工了一个20μm×450μm×7000μm的薄壁结构。这些实验结果表明,超声电机应用于微小型机床进给系统是可行的。     

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。     

微米和中间尺度机械制造

微米和中间尺度机械制造的概念源于对广泛材料范围内的精密三维微米和中间尺度零件日益增长的需求。微米和中间尺度零件是指尺寸在0.01～10mm范围的微小零件,因而处于基于微电子的MEMS技术与传统的机械加工技术之间的领域。然而,目前的设备性能和尺寸计量方法生产单个微米和中间尺度零件的能力已经显示出局限性。因此,许多研究者正在探索有关新的或传统的机械制造技术在该尺度的应用问题。基于美国国家科学基金会主办的微米和中间尺度机械制造专题讨论会,介绍了日渐显现的微米和中间尺度机械制造技术的背景和现状,讨论了其应用的科学、技术和商业化挑战,以及其有效开展和实现的主要使能技术,给出了需要广泛研究与发展的几个主要方面问题。最后,提出了开展和证明微米和中间尺度机械制造可行性研究比较有希望的方法和策略。以此希望能对我国微米和中间尺度机械制造技术领域的研究有所启迪。     

微细切削与微小型化机床

介绍微细切削的可行性、优点及其应用前景。概述机床微小型化的可行性、优点以及研究进展。指出通过微小型化 机床以大规模并行的方式集成微型制造系统,将是一种有希望的技术方法。同时,简要探讨了机床微小型化的有关问题。     

微径球头铣刀铣削表面误差建模与仿真

以微细铣削表面误差为研究对象,考虑尺度效应,建立了微径球头铣刀铣削力模型.将刀具简化为阶梯状悬臂梁,运用虚位移原理结合机床-工件系统变形获得刀具在铣削力作用下的变形量,并将其耦合到切削刃轨迹中,最终建立了综合主轴径向跳动、最小切削厚度、刀具弹性变形及机床-工件系统变形等因素的铣削过程表面创成物理模型.在此基础上,提出了微径球头铣刀铣削表面误差三维仿真算法,并通过仿真算例分析了各因素对工件铣削表面误差的影响.最后通过实验验证了该算法的有效性和可行性.     

微细铣削应力场和温度场的有限元模拟

采用有限元方法对微细铣削过程进行模拟,采用Johnson-Cook热力耦合模型作为工件材料模型,采用Johnson-Cook的剪切失效法则作为工件材料的失效准则,采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分,刀具与工件间的摩擦采用滑动摩擦区和粘着摩擦区相结合的修正库仑定律.通过有限元分析,得到不同切削速度和刀具切削刃钝圆半径条件下形成切屑时的刀具旋转角度、不同每齿进给量条件下的应力场和温度场.分析结果为微细铣削机理的进一步研究奠定基础.     

局部多孔质气体静压止推轴承压力分布的研究

利用计算流体动力学软件FLUENT对局部多孔质气体静压止推轴承的压力分布进行了仿真研究.局部多孔质和气膜都采用有限体积法进行离散,同时考虑了气体在局部多孔质和气膜内的三维流动,因此使仿真结果相比于二维计算结果更加接近实际.通过仿真研究给出了多孔质圆柱塞个数、半径及其高度不同时,轴承压力分布的变化趋势.结果表明,随着多孔质圆柱塞个数的增加、半径的增大或其高度的减小,气膜内的压力都会相应的增大,从而使静压轴承的承载能力得到提高.