为了获得高精度的微型薄壁,并揭示铣削参数与走刀次数对薄壁加工质量的影响,文章展开了微细铣削薄壁的参数与工艺试验研究。通过设计并开展单因素对比试验与薄壁制造试验,递进地探究了走刀次数与轴向切深对薄壁尺寸误差的影响。结果显示,多次走刀时,铣削力基本不改变,而薄壁的尺寸精度却能提高;轴向切深越大,增加走刀次数对薄壁尺寸误差的影响越明显;当薄壁高度一定时,存在最佳的走刀次数,使得薄壁尺寸误差最小。这表明,多次走刀所引入的误差影响,可以用来制衡参数等其他因素带来误差影响,从而减小薄壁尺寸误差。因此,实际生产时,通过选择优化参数以及合适的走刀次数,可以有效的提高薄壁尺寸精度。

选用PVD-AlTiN涂层硬质合金刀具高速干铣削高强钢AISI4340,采用分形理论,研究了铣削参数对切削力分形特征的影响,指出分形维数是独立于切削力大小,并可描述切削力的稳定性;发现分形维数随铣削速度的增加,出现"高-低-高-低"的趋势,并在试验铣削参数范围内,确定了切削力较为稳定的铣削参数是v_c=320m/min,f_z=0.02mm/z,a_p=0.2mm,a_e=4mm;在较高铣削速度v_c=400m/min和v_c=440m/min条件下,v_c对切削力稳定性的影响即分形维数的大小占主导作用。此研究内容丰富了分形理论在高速切削领域的应用,对高速铣削切削力稳定性的表征具有指导意义。

在微细铣削加工中,尚缺乏切削介质对刀具磨损影响的研究。在干切削、浇灌切削液、微量切削液和低温冷风介质下,对6061铝合金进行了微细铣削试验,研究了刀具的磨损形式和机理、不同切削介质对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律。同时,确定出能减小刀具磨损和切削力,提高加工质量的最佳切削介质。结果表明四种切削介质下刀具磨损的形式不完全相同,粘结磨损与磨粒磨损是造成刀具磨损的主要机理;切削力和表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;相比于其它切削介质,微量切削液介质下刀具磨损小,切削力低,工件表面质量好,是微细铣削6061铝合金的最佳切削介质。为深入研究微细铣削刀具磨损和实际加工中选择切削介质有一定的参考价值。

尺度效应是微切削工艺中的一种特殊现象,通常用最小未变形切屑厚度来判定尺度效应发生的临界点。为了更好地理解微细铣削的切削机理,对铣刀钝圆半径与尺度效应之间的关系进行深入研究是有必要的。由于在铣削加工过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,因此这里对仅有侧刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与试验结果表明,微细铣削的两种工艺方式对最小未变形切屑厚度的影响有限,最小未变形切屑厚度为(0.28~0.40)倍的铣刀钝圆半径。同时,工件的材料属性对刀具侧刃的最小未变形切屑厚度有一定的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,提高工件加工质量具有重...

具有高展弦比的微型曲面薄壁件加工难度大,加工过程中极易产生变形与毛刺。为获得高质量的微型曲面薄壁件,以四分之一薄壁圆弧特征为例,通过正交试验研究了铣削参数对各评价指标的影响规律并进行了铣削策略分析。试验结果表明,对表面粗糙度Ra、尺寸误差△w和毛刺宽度h影响最大的铣削参数分别为主轴转速n、每齿进给量fz和轴向切深ap;工艺优化研究表明,采用变轴向切深与顺逆混合的铣削方式更有利于减小毛刺宽度和尺寸误差,获得更好的零件表面质量;同时,优化后的走刀路径能够减小垂直于薄壁侧面的切削力所导致的变形。该研究对于微型曲面薄壁件的高质量加工具有较高的参考意义。

在高速铣削高温合金GH2132的过程中,刀具磨损严重、刀具寿命较短。在一定条件下,涂层刀具在稳定磨损阶段能够生成耐磨损或自润滑的氧化物薄膜层(自组织结构),此结构能够起到提高刀具切削性能、延缓磨损以及延长使用寿命的作用。基于此,进行高速铣削涂层刀具表面自组织结构研究,以提高刀具寿命。结果表明:高速铣削高温合金GH2132时,PVD-AlTiN硬质合金刀具表面自组织结构稳定存在的条件为F_(x)=90~105 N、F_(y)=115~168 N、F_(z)=410~510 N、σ_(s)=-735~-873 MPa。研究结果为涂层刀具加工高温合金提供了参考,并且有助于绿色智能制造。

为研究轨迹误差的影响因素及规律,进行加工路径优化和轨迹误差预补偿,并提出一种基于辨识模型的轨迹误差预测方法。采用所建立的数控系统前瞻插补模块对G代码进行插补处理,获得离散位置指令;通过进给系统辨识模型对插补后的位置指令进行加工仿真,得到输出位置;根据插补位置数据和仿真得到的输出位置数据对加工轨迹误差进行计算。仿真结果表明:该方法可以快速计算数控机床联动加工时的轨迹误差值和分布情况,为轨迹误差的成因及规律分析、刀具路径的优化及轨迹误差预补偿的实施提供方法和数据支持。

毛刺的存在影响工件的加工精度及加工效率。文章以毛刺宽度作为分析指标,采用正交试验对微细铣削过程中的关键因素（轴向切深、每齿进给量、主轴转速、径向切深）进行优化参数研究。分析结果表明：最优铣削参数组合是主轴转速为78000min-1,轴向切深为78μm,每齿进给量为1.5μm/z,径向切深为390μm;关键影响因素对毛刺尺寸影响的程度由大到小依次是主轴转速、轴向切深、每齿进给量和径向切深。由于参数优化铣削的微沟槽的顶边缘仍然存在尺寸较大的毛刺,文中采用后处理加工方法进行修正,结果表明能够进一步明显减小毛刺。

文章针对微型薄壁的高精密微细铣削加工,展开加工机理与工艺的研究。通过构建微细铣削的有限元模型与微细铣削50μm厚度薄壁件的试验,揭示大切深与小切深时每齿进给量和轴向切深对薄壁特征尺寸误差的影响关系。结果表明,随着每齿进给量的增加,铣削力与尺寸误差都呈上升趋势。随着轴向切深的增加,铣削力增大,但薄壁特征的尺寸误差反而减小。表明了宏观薄壁特征切削中所提出的小切深多次走刀这种工艺路线在微小型薄壁特征的微细铣削中并不适合,主要原因是微型薄壁特征的几何尺度与微细铣削装备的精度更加接近,多次往复走刀引起的定位误差使薄壁尺寸误差变大。因此,大切深小进给可以在保证效率的前提下减小薄壁尺寸误差,更加适合微细铣削微小型薄壁特征。

针对AISI 4340高强钢加工质量较差的问题,采用硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,研究切削参数对加工表面硬化和残余应力的影响。结果表明：铣削速度对加工表面硬化程度和硬化层深度影响最大,且随着铣削速度的增加,加工表面硬度值减小,硬化层深度逐渐减小;加工表面在进给、切削以及45°方向均产生残余压应力,铣削速度和每齿进给量对残余应力的影响较大;在vc=400～500 m/min,fz=0.03～0.06 mm/齿,ap=0.2～0.3 mm,ae=3～4 mm的切削条件加工时,可以获得较小的加工表面硬化程度和较大的表面残余压应力。该结果对高强度钢类零部件的生产具有理论指导意义。