微细切削用微机床的研究现状及发展趋势

微细切削技术是精密超精密制造技术的研究热点之一,对不同材料的复杂三维微小零件加工具有独特优势。微细切削机床作为微细切削技术的重要组成部分,已呈现出微小化的发展趋势,是当今微加工装备研究与开发的重点。系统总结微细切削用微机床中床身、微主轴单元、进给工作台、微切削刀具、数控系统、监测系统等的研究现状;分析微机床中亟待解决的主机结构微小化、微主轴的高速高精度回转、工作台的高精度快响应进给、微切削刀具结构与性能、数控系统的开放性与高精度插补、加工过程的可视化监测以及整机性能研究等关键技术问题,提出解决上述问题的可能性对策;预测微细切削用微机床的发展趋势。     

高精密微细切削加工机床的研制

微细切削技术的发展离不开微小型化机床设计和制造技术的发展,然而微细切削加工的高精度对微细切削机床的性能和设计提出了更高的要求。因此,针对微细切削机床设计和研制的特点,自主研发了一台微小型切削加工机床,该机床可应用于微细车削、刨削、飞切等加工方式。其设计理念是,利用大理石气浮导轨结合精密直线电机技术,提高机床的精度和加工稳定性。     

微细切削技术及微型机床的发展

微细切削技术是一种快速低成本的微小零件机械加工方式,是未来制造技术的发展趋势,被列为21世纪重点发展的关键技术.综述了微细切削技术的新技术及微型机床、微型工厂的发展过程及其趋势.     

微细切削加工用微主轴的性能要求及其研究现状

近年来航空航天、国防、微电子、现代医学和生物工程等行业对精密/超精密三维微小零件的需求日益迫切。微细切削加工技术由于不仅可以实现多种材料复杂形状三维微小零件的加工,而且工艺设备体积小、能耗低,所以越来越受到世界各国的广泛关注。微主轴作为微机床的核心功能部件,直接决定了微机床的性能及微细切削加工技术的发展和应用。因此有必要对微主轴的性能要求及其研究现状进行系统分析和深入总结。系统分析微细切削加工用微主轴在切削力、转矩、回转速度、回转精度等性能方面的具体要求;全面评述微主轴在结构设计、高速动力源、高速精密支承轴承、刀具夹持、控制补偿等几个关键技术方面的研究现状;对比研究现状与性能要求,详细指出现有微主轴存在着转速达不到要求、高转速下刀具的跳动大、负载特性差等几个主要问题,并针对性地提出比较可行的改进措施;同时对微主轴的发展趋势进行预测和展望。     

微细切削加工与微机械制造

介绍了微机械制造中的切削加工方法及设备的研究进展情况,包括微细车削、微细钻削、微细铣削、微冲压及微型工厂等。这些技术加工的工件都已经达到了微米尺度,它们在微三维结构的制造方面有独特的优势。     

微细切削技术及微型机床的发展

微细加工类技术是未来不可或缺的主要技术力量,其中切削技术作为最基本的加工步骤需要不断的熟悉和掌握。同时微型机床也应运而生,为微型机械加工行业的进一步发展提供了更多的可能性。     

微细切削刀具的特征及其制备技术

结合微细切削的特征,分析了微细切削对刀具的基本要求,介绍了适用于微细切削的刀具材料、微细刀具设计要点以及精密微细磨削、电火花线电极磨削、聚焦离子束溅射等微细刀具制备工艺。     

微切削加工技术

在探讨切削技术发展动力的基础上给出了机械加工的尺度划分方法。通过综述微制造技术,介绍了微切削加工装备和微切削刀具,提出了利用应变梯度塑性理论进行微切削机理研究的设想,从分子动力学模拟仿真、最小切削厚度、切屑形态、微切削力、切削温度、工件材料的微量加工性、刀具变形、表面粗糙度与切削稳定性、毛刺、积屑瘤、刀具磨损等不同方面分析了微切削机理的研究现状和存在问题。最后介绍了微铣削CAD/CAM技术,并指出了微切削加工技术的发展趋势。     

微细切削刀具切削刃局部应力分析

在分析目前微细切削刀具设计过程缺陷的基础上,针对微细切削中切削厚度相对较大、可忽略切削刃刃口半径的情况,研究了切削刃附近的局部应力分布状态,建立了微细切削刀具切削刃附近应力分布的数学模型,并阐述了切削厚度对微细切削刀具强度的影响.     

微细切削加工影响因素研究

概述了微细加工的应用领域以及加工范畴,通过对以往10年中在微细加工以及超精密加工领域所做的大量实验进行了分析、整理和总结,从理论性、系统性及成熟性3个方面,讨论了微细加工机理及影响微细切削的因素,从而得出结论,为微细加工的研究提供参考。     

微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的实验研究

由于微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)在微小零件加工中存在不足,微细铣削加工作为一项补充技术正在日益受到人们的重视。介绍了研制的微型精密三轴联动立式铣床(300 mm×300 mm×290 mm)的系统构成,开发了中文控制软件并集成了视频采集系统,此设备在薄膜型工件(膜厚65 μm)的微槽加工中取得了满意的效果(膜厚方向上材料去除率90.7%,成品率大于80%)。对微径端铣刀进行了力学特性分析,并通过刀具磨损试验分析了微径硬质合金TiA1N涂层及非涂层铣刀的磨损机理。最后通过槽铣硬铝2A12的试验研究了切削用量(主轴转速、背吃刀量和每齿进给量)对微细铣削力的影响,为微细铣削切削机理的深入研究奠定了基础。     

三维激光切割在机械加工机床中的集成研究

研究了如何在机械加工的五轴机床中集成三维激光切割功能,并开发了三维激光切割控制软件。围绕该840Dsl数控系统进行三维激光切割系统硬件集成设计以实现激光切割过程中各加工控制部件自动化控制;并针对三维激光切割系统硬件结构,控制软件进行模块化设计,包括离线编程模块、加工控制模块设计以及激光切割工艺数据库等3大模块。通过在五轴龙门机床上调试验证,该控制软件能够很好实现三维激光切割控制功能。该研究将激光切割功能集成在传统机械加工机床中,这将提高机床的利用效率,同时简化工件装夹流程,提高加工效率。该研究对机械加工机床功能扩展有较大的参考价值。     

A study of deformation of the machined workpiece and tool under different low cutting velocities with an elastic cutting tool

To understand the effects of cutting velocity, tool elastic deformation generated by high normal stresses during metal cutting processing and artificial tool flank wear on the cutting process, an iterative mathematical model for calculating the tool–workpiece contact problem was developed in this paper under the assumption of elastic cutting tools. In this model, the finite element method is used to simulate cutting of mild steel by the P20 cutting tool with constant artifical tool flank wear under the condition of three different cutting velocities. The results obtained in the simulation were found to match the experimental data reported by related studies. The simulation results also indicate that the thrust and the cutting forces are functions of cutting velocity. Besides, both the normal stress on the tool rake face and the residual stress of machined workpiece generally decrease with increase in cutting velocity. According to the findings in this study, though the residual stress of the machined workpiece decreases as the cutting velocity increases, its value is still higher than that in ordinary conditions due both to the influence of tool flank wear and tool elastic deformation. Also, the phenomenon of curvature at the workpiece end easily occurs.     

数控机床主轴电流与切削参数关系研究

简单介绍了监测刀具状态的重要性,阐述了主轴电流与刀具磨损量之间的线性关系,同时提出了主轴电流与切削参数之间存在着必然联系。设计了检测电流信号的测试系统,建立了主轴电流与切削参数关系的数学模型,并通过多元线性回归处理确定了该模型中的未知系数。利用F检验法验证模型呈显性成立。通过相对误差及剩余标准差计算,验证了该模型精确度非常高,满足工程实际需要。最后得出了铣削加工中切削参数对主轴电流影响的显著度由强到弱的顺序。     

微机械及微细加工技术

介绍了微机械的概念，微机械的研究内容以及目前微机械产品的发展现状，特别着重介绍了目前微机械微细加工的方法。     

超精密平面飞切机床关键技术研究

研制了一种用于KDP晶体加工的平面飞切机床,该机床直线轴基于直线电动机驱动、液体静压导轨支承;刀具旋转轴采用高刚度气浮主轴+高刚度主轴旋转机构。基于高精度分辨率位置反馈+线性驱动器+PID控制算法,直线轴获得了1 mm/min速度下,0.018 mm/min的低速波动以及±0.01μm的位置精度;刀具微进给装置采用差动螺纹进给来实现,最终获得了进给分辨率1μm、锁紧后位置移动量小于1μm高精度进给。在优化工艺参数后,金刚石飞切机床加工100 mm×100 mm×10mm的KDP晶体后获得表面粗糙度Rq优于2 nm高精度指标;加工400 mm×400 mm×30 mm的铝镜后获得面形PV值优于3μm的高精度指标。     

机床设计中的人性化

人性化设计已成为产品设计的一种主流。通过数控机床加工中心设计实践 ,分析其中的人性化设计 ,并完成了TH63 40卧式加工中心造型的改良设计 ,提高产品竞争力。     

Improving the machine accuracy through machine tool metrology and error correction

Improving both the positioning accuracy and contouring accuracy of a vertical machining centre has been studied by using a machine tool metrology and in-house error correction techniques. Contouring errors caused by the servo lag and friction of servomechanisms were measured by the circular test and then reduced by off-line parameter tuning of the CNC and servo-driver. The quasistatic thermal errors were predicted online using a neural network based model which was calibrated in advance via a quick set-up and multiple-error measurement system consisting of a spindle-mounted probe and artifacts. Positioning errors caused by both the static geometric errors and thermal effects were eliminated in real-time by a PC based software error compensation scheme integrated with the CNC controller through digital communication. An error reduction of 70% was achieved after error compensation and CNC tuning.     

Micro ECM with ultrasonic vibrations using a semi-cylindrical tool

In recent years, there has been a growing demand for micro holes. However, electrochemical machining has rarely been employed in drilling these holes because of problems with electrolyte diffusion. In this research, a semi-cylindrical tool was used as a tool electrode to increase the flow space of the electrolyte, and electrolyte diffusion was improved via the application of ultrasonic vibrations. Micro holes with a specified diameter of 76 μm were drilled on a 304 stainless steel plate of 300μm thickness. The proposed technique reduced both the machining time and the machining gap.     

干切削技术及其新发展

从干切削机床、刀具和工艺方法三个方面对干切削技术及其最新发展进行了全面的论述.