外文翻譯--薄壁零件的微銑加工方法 中文版

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯原 文 題 目： 來 源：220 : 生 姓 名： 學(xué) 號：所在院(系)部： 工業(yè)中心專 業(yè) 名 稱：薄壁零件的微銑加工方法K 的夫，英國于2005年9月27日出搞，9544062在微型工程領(lǐng)域運(yùn)用微細(xì)加工技術(shù)加工薄壁金屬件是一個巨大的挑戰(zhàn)。例如：生產(chǎn)多管道微型結(jié)構(gòu)，微型機(jī)械器件和手術(shù)器械等。在微型工程中最常見的薄壁件是板肋結(jié)構(gòu)。本文主要研究當(dāng)所加工的微型工件包含薄壁結(jié)構(gòu)時，影響微銑加工可靠性的主要因素。通常情況下新的加工方法旨在減少影響零件質(zhì)量的負(fù)面因素，同時克服在傳統(tǒng)微細(xì)加工方法下加工網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和肋狀結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的相關(guān)問題。為了驗(yàn)證方法的合理性，本實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行了手工編程，自動生成相關(guān)的 型，最后進(jìn)行了實(shí)際的薄壁件切削實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：微銑，肋板結(jié)構(gòu)，薄壁件加工， 要發(fā)展直接和間接的加工方法，用于制造零件和模具，包括薄壁零件加工功能的需求不斷增長。在這項(xiàng)研究中，一個薄壁加工的功能被認(rèn)為是一個三維體，其中幾何尺寸，厚度，是顯著（超過七倍）小于其他零件的。加工薄壁件的一個可行方法是從一整塊金屬材料直接加工成為含有薄壁結(jié)構(gòu)的零件。因?yàn)檫@種方法在很大程度上減少了復(fù)雜的后續(xù)裝配工作,成為加工微型單元的最有效的方法之一。從宏觀角度看這種方法確實(shí)給零件的裝配帶來了方便,然而從微觀角度考慮,這種方法卻給零件的加工制造帶來了許多困難。薄壁金屬件的微銑削加工技術(shù)擴(kuò)大了微型工程的應(yīng)用范圍如：生產(chǎn)多管道微型結(jié)構(gòu),微型機(jī)械器件和手術(shù)器械等有著重要的意義。在微型工程中最常見的結(jié)構(gòu)是板肋狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)應(yīng)用微銑削技術(shù)加工肋狀結(jié)構(gòu)時,被加工工件的加工表面是由側(cè)銑形成的。與此不同，當(dāng)加工網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時加工表面是由立銑形成的?？煽康谋”诩⒓?xì)加工策略的制定，需要對影響微細(xì)加工質(zhì)量的各種因素進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。從整體金屬材料加工,到含有薄壁結(jié)構(gòu)的零件是生產(chǎn)加工，阻礙這一方法廣泛應(yīng)用的最大障礙是切削加工的穩(wěn)定性不足。因?yàn)槔郀詈途W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越薄,其剛度越小,這就可能導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)振動,從而影響加工過程的精度,生產(chǎn)出不合格工件。微銑切削時產(chǎn)生的高頻振動也可能使工件的表面質(zhì)量的下降。由于所加工工件的尺寸很小，加工之后進(jìn)行修正幾乎是不可能的，而且這樣做也不經(jīng)濟(jì)。本文討論了當(dāng)所加工的微型工件包含薄壁結(jié)構(gòu)時，影響微銑加工可靠性的主要因素。使用新的加工方法減少這些影響零件質(zhì)量的負(fù)面因素，同時克服在傳統(tǒng)微細(xì)加工方法下加工微細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和肋狀結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的相關(guān)問題。本實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行手工編程，然后自動生成相關(guān)的后進(jìn)行了實(shí)際的薄壁件切削實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證該方法的合理性。定了在高速銑削加工中的主要問題。為了提高該工藝的可靠性，提出了用切削刀具加工薄壁件的方法，加工方法可以應(yīng)用在這種情況下。不幸的是，這樣的方法不能被應(yīng)用在微機(jī)械加工，因?yàn)榍懈罟ぞ吲c直徑小于300于加工薄網(wǎng)，無論是直接對機(jī)床或使用專門設(shè)計(jì)的固定裝置都是支持的。因此，腹板的剛度將遠(yuǎn)高于軸向切削力。研究導(dǎo)致的振動是發(fā)生在薄壁加工過程中的主要影響因素。特別是對軸向和徑向的切削深度，主軸轉(zhuǎn)速，和刀具幾何形狀的影響進(jìn)行了研究。其他研究人員已經(jīng)提出的模型模擬銑削加工條件的影響因素，以及在銑削過程中的特點(diǎn)。例如，克萊恩等人。提出用薄板和靜力理論發(fā)展的有限元分析模型的端銑加工。開發(fā)了一種動態(tài)模型，用于模擬非常靈活的板狀結(jié)構(gòu)的外周銑加工。此外，研究人員已經(jīng)提出了些一般原則，在薄壁零件加工中應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)。特別是設(shè)計(jì)應(yīng)該允許這樣的功能，在加工過程中，應(yīng)該符合這些原則。該技術(shù)通過工薄壁零件基本上采用剛性的，工件的切割部分支持靈活的部分被切斷。這原理也可以應(yīng)用到薄壁零件加工，但是，有一個主要的差異，在相對于刀具的支承結(jié)構(gòu)的方向。當(dāng)加工肋板時，支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)增加的零件的剛度。相比之下，對于加工薄壁時，應(yīng)增加沿刀具軸的零件的剛度。別注意的是加工過程中使用的刀具大小。特別是，每齒進(jìn)給率之間的比值（刀具半徑（R）的選擇更高的微細(xì)銑削中應(yīng)該保持相對較高的去除率。因此，在銑削加工中應(yīng)力顯著增加，比較那些在傳統(tǒng)銑削，刀具壽命大幅度降低。一些研究人員實(shí)驗(yàn)了直徑為100的刀具在硬金屬加工中壽命短。影響微銑削刀具壽命最重要的因素是與那些選定的切削條件有關(guān)。在傳統(tǒng)的銑削的情況下，操作員通過監(jiān)視或輪廓的變化來判斷切削刀具的條件。不幸的是，他們無法直觀的檢測刀具的破損，由于其尺寸大小，產(chǎn)生的切屑和加工區(qū)域的冷卻情況。此外，內(nèi)部特性的變化，它是不可能看出變化的。因此，運(yùn)營商是不能夠調(diào)整微細(xì)操作只是監(jiān)控切削過程，因此，加工中如果不及時發(fā)現(xiàn)刀具失效會造成浪費(fèi)。微細(xì)銑削中不同于傳統(tǒng)的機(jī)械加工，有可供選擇的加工參數(shù)手冊。例如，如果建議的切削速度為傳統(tǒng)的鋁銑削加工。同時，微細(xì)銑削中，應(yīng)特別注意在每個切端毛刺的形成。毛刺是不可存在的，要將他們?nèi)コ饕欠浅＠щy的。因此，它是非常重要的優(yōu)化切削參數(shù)和加工方法，以避免它們的形成。不幸的是，現(xiàn)有的仿真模型在一個典型的傳統(tǒng)的銑削操作不能直接應(yīng)用在微細(xì)切削力。這些模型是必要的，以適應(yīng)特定的切削條件下微加工過程中或新的模型來開發(fā)。例如，一個新的分析模型，提出了模擬微端銑操作。在這個新的模型中，切削力被認(rèn)為是八個變量和一個系數(shù)的函數(shù)，而不考慮刀具的切削力。特別是下面的加工參數(shù)被認(rèn)為是重要的：（a）切削三要素：主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削寬度；（b）切削方法有關(guān)的參數(shù)：刀具的切入口和出口角度，定義切削深度，和銑削的類型，向上或向下銑削；（c）刀具的三個幾何變量：刀具直徑、螺旋角、切削刃數(shù)。不難看出，在應(yīng)用這一新的模型估計(jì)在微細(xì)切削力等優(yōu)點(diǎn)。例如，如果進(jìn)行切削加工大的進(jìn)給量（更高的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量），典型的微端銑，新的模型與一般模型預(yù)測的結(jié)果更接近真實(shí)的。如果 兩種模型預(yù)測的切削力將會相差 15%以上。本文將對以上這些影響切削力的重要參數(shù)進(jìn)行討論，從而總結(jié)出薄壁 件微細(xì)加工的有效方法。三薄壁件的微洗削加工為了成功的加工微型的薄壁結(jié)構(gòu)必須注意一下兩個問題：1。加工方法的選擇應(yīng)該考慮到特定的幾何形狀的組成部分。這包括切削深度的選擇，在一定范圍內(nèi)的切削力要保持一致。2。主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度應(yīng)選擇取決于工件，刀具材料，刀具幾何形狀，和加工方法的選擇。一般情況下在加工板肋結(jié)構(gòu)時刀具直徑和軸向切深度限制著切削寬度，此外應(yīng)避免高頻振動的發(fā)生。因此，為了遵循這些原則，必須進(jìn)行一些軸向的加工步驟，從而保證板肋結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的厚度和深度。開發(fā)加工，是專為微銑削薄壁特征的策略，需要考慮以下幾個方面：1。應(yīng)避免板肋結(jié)構(gòu)在交接處以尖角過渡，在這種部位推薦用圓角從而避免應(yīng)力集中而產(chǎn)生零件失效。2。應(yīng)盡量避免在加工薄壁板肋結(jié)構(gòu)時切削力方向的急劇變化，尤其在使用球頭刀時更應(yīng)注意這一點(diǎn)。3。切削力的軸向分量應(yīng)在一定范圍內(nèi)，否則將容易引起工件振動影響加工。4。應(yīng)采取特殊的措施保證刀具不發(fā)生損壞，因?yàn)槲⒓?xì)加工所使用的刀具在切削過程中由于條件變化時極易損壞。由于刀具具有圓角，在加工時產(chǎn)生了一組軸向切削力，這足以促使工件的振動的產(chǎn)生。由于刀具的圓角足以在板肋交界處產(chǎn)生圓角，因此不一定要使用球頭刀作的切削刀具。如果在加工時完全使用球頭刀則會造成材料去除率的顯著減 少，因?yàn)檫^渡部分的間距必須小于球頭刀半徑的一半從而避免尖角的產(chǎn)生。圖1為了在避免震動的情況下對薄壁件進(jìn)行切削通常有以下兩個步驟。首先，要使用直徑最大且大圓角刀具對工件進(jìn)行加工，給接下來加工圓角預(yù)留出足夠的加工余量。然后使用球頭銑刀進(jìn)行加工，形成光滑的圓角過渡。為了避免尖角，間距之間的距離應(yīng)該小于刀具半徑的一半，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)該足夠低，從而能最大限度的利用機(jī)床的減震功能避免振動的產(chǎn)生。然而計(jì)算相應(yīng)的速度并不是一項(xiàng)簡單的工作，它需要依據(jù)不同的材料而定。遵循以上這些板肋結(jié)構(gòu)的加工準(zhǔn)則，會減少振動的發(fā)生，保證工件的表面質(zhì)量。此外，其他工藝參數(shù)的影響直接或間接的精度和表面質(zhì)量加工的薄功能。這些包括步進(jìn)運(yùn)動、切削深度、進(jìn)給速度、每齒切削速度、刀具磨損，使用切削液/空氣/油霧。效果這些因素對微細(xì)銑削過程中參考，在本研究中討論。他們考慮到在開發(fā)的微機(jī)械加工薄壁零件的功能和軟件計(jì)算機(jī)參數(shù)的報(bào)告參考使用。四實(shí)驗(yàn)過程不幸的是，概述的一般原則使用前很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助設(shè)計(jì)。他們可以通過編程實(shí)現(xiàn)銑削手動操作或開發(fā)一個特殊的操作數(shù)控程序自動生成的凸輪模塊。在這項(xiàng)研究中對這兩個選項(xiàng)進(jìn)行了探討。首先，工具路徑，實(shí)現(xiàn)這些薄壁零件加工一般直接在微機(jī)械加工中心實(shí)現(xiàn)，科恩26控制器在銑削循環(huán)中的應(yīng)用。特別是下面的內(nèi)部周期被用來創(chuàng)建加工肋骨和腹板的數(shù)控程序。1。往復(fù)銑鍵槽。2。輪廓幾何的銑削。其三個分周期：粗銑（循環(huán)22），底面銑削（循環(huán)23），側(cè)面銑削（循環(huán)24）。表1： 工藝參數(shù)表刀具：件材料：黃銅刀具直徑：） 主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)） 每齒進(jìn)給（毫米） 每步深度（毫米） 步矩寬度(毫米)18 39000 此，被加工工件的最終輪廓可能由幾個重疊的輪廓組成。并且加工方法的模擬是在次實(shí)驗(yàn) 是在環(huán)境下進(jìn)行模擬的， 首先建立一個后自動生成包 括實(shí)驗(yàn)生成的所有 中生成的，模擬默認(rèn)值或推薦值都是依據(jù)主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)定（見表1） 中為模塊1模塊2模塊3，見 圖2）使其適應(yīng)微細(xì)加工過程中的特殊切削環(huán)境，并且設(shè)計(jì)了計(jì)算板中的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率的程序 ，開發(fā)了與新的加工方法具體要求相適應(yīng)的刀具數(shù)據(jù)庫（記為模塊4和模塊5，見圖2）， 個等式描述了切削力和表面粗糙度的關(guān)系，尤其是微銑加工中典型的高速切削。圖3實(shí)驗(yàn)部件為了驗(yàn)證這兩種方式產(chǎn)生的路徑，進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。五實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本研究采用史密斯和德沃夏克提出的測試實(shí)驗(yàn)，用以驗(yàn)證相應(yīng)的 微細(xì)加工方法。利用有限元的方法，在設(shè)計(jì)模型的尺寸時，將動態(tài)特性，固有頻 率和實(shí)際肋狀結(jié)構(gòu)的形狀考慮在內(nèi)。為了和微觀尺寸相適應(yīng)，模型保持了相應(yīng)尺寸之間的比例。待加工工件如圖3所示。測試的零件的加工是在加工中心進(jìn)行的。其聚合物混凝土整體床身相比于普通鑄鐵床身，能夠更好的吸收加工時的高頻振動， 這對于本次測試時十分重要的。為了形成加工工件的3試部分應(yīng)用了表面掃描系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用相位干涉和垂直位移干涉測量，可精確到 1納米（標(biāo)準(zhǔn)模式）確模式），符合測量的重復(fù)性原則。其校準(zhǔn)精 度優(yōu)于百分之1，加工工件的振動進(jìn)行目測使用激光系統(tǒng)、是通過聚焦反射的激光束（50毫米的光斑大?。墓ぜ系哪繕?biāo)，一個接收器，固定在機(jī)器上。此外，在非常高的放大率，一個快速的視覺測量系統(tǒng)在搞放大倍數(shù)情況下研究了肋板質(zhì)量黃銅工件被用來在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提出的加工策略。工件加工的狀態(tài)顯示在圖4中，為下一步加工 位于中心部位的薄壁板肋結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備。這包括以下的加工操作：（a）該零件的b）然后，200平方毫米的口袋加工其全部的深度為310毫米，采用往復(fù)切入加工。工件的加工是從位于中心的800銑削過程中形成了深槽周圍的肋狀結(jié)構(gòu)和最大的底面板狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)用了三種不同的加工方 法加工該結(jié)構(gòu)。1。在第一次試驗(yàn)中，銑削是用標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)加工的，而 且在加工槽和袋狀結(jié)構(gòu)時應(yīng)用了211慢加速循環(huán)。切削時使用200軸轉(zhuǎn)速為39000r給率70mm/果如圖5所示。從圖中可以清楚的了解到，這種加工方法下，肋狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了扭曲且厚度不一，有些部位甚至出現(xiàn)破損。這次測試的結(jié)果將作為評估新加工方法優(yōu)劣的參考標(biāo)準(zhǔn)。2。在第二次測試中，采用相同的200樣，主軸轉(zhuǎn)速為39000r初，一個槽，200*800研磨到最終深度（圖6）采用往復(fù)運(yùn)動的切入循環(huán)。圖4試件側(cè)面的初加工圖5實(shí)驗(yàn)件的表面測圖系統(tǒng)圖6微機(jī)械加工策略圖4（b）所示的刀具路徑，然后用以除去剩余的材料層。先前已加工的槽中經(jīng)過一個。在這種方式中，它是有可能的，以消除幾乎所有的軸向力在銑削和在垂直壁上的尖。盡管在加工時有這種振動發(fā)生，持續(xù)減小零件的剛度。由于這些振動，肋骨沒有一致的厚度，如圖7所示。然而，應(yīng)該指出的是，部分變形比標(biāo)準(zhǔn)分周期的使用導(dǎo)致小得多。很明顯，這種加工策略是更適合于銑削薄壁零件。圖7、由振動引起的變形：（a）一個快速的視覺圖像；（b）與表面映射系統(tǒng)掃描的肋骨；（c）在同一個系統(tǒng)中產(chǎn)生的a）快速視覺圖像；（b）與表面映射系統(tǒng)產(chǎn)生的第三個測試中，一個150工策略與以前的測試相同。銑削進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速40000 r/給速度65mm/貼了銑削肋骨和角半徑25毫米200毫米直徑的銑刀在后續(xù)操作中使用的網(wǎng)間的魚片。此操作的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度分別為39000r/別。為了避免網(wǎng)頁偏轉(zhuǎn)，非常小的步深度（7用于所有的測試。監(jiān)測系統(tǒng)的讀數(shù)表明，幾乎可以忽略不計(jì)的振動，在這兩個銑削操作。機(jī)械加工試驗(yàn)零件的質(zhì)量反映了這一。如圖8所示，肋骨是直的，沒有任何彎曲，也有的厚度的變化是遠(yuǎn)小于在以前的測試。因此，可以得出結(jié)論，在最后的測試中應(yīng)用的加工策略是最合適的銑削薄的功能。六結(jié)果與結(jié)論本文研究了所加工的微型工件包含薄壁結(jié)構(gòu)時，影響微銑加工可靠性的主要 因素。在制定加工方案時必須遵循一般的加工原則和相應(yīng)的方針，出于對這些原 則的考慮，新的加工方案的制定旨在減小已知的負(fù)面因素對加工的影響，以及解 決傳統(tǒng)微細(xì)加工方法在加工板肋結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的問題。薄壁件加工方案的制定須遵 循以下幾個主要原則：1。刀具路徑的選擇時，加工的板肋結(jié)構(gòu)需要有特制的裝置或者未加工 的部分進(jìn)行支撐。而且加工需從工件支撐最薄弱的地方向支撐最優(yōu) 的地方進(jìn)行切削。2。對于薄板結(jié)構(gòu)的加工，需要盡量減少薄壁所承受的分力，即盡量使 于板肋結(jié)構(gòu)之間需要有圓角過渡，在加工時需要逐層切削去除余 量，然后使用相應(yīng)圓角的刀具去除逐層切削時形成的小凸臺，從而 形成圓角過渡。在加工這些小凸臺時主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量放慢從而避免 振動的產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證所提出的銑削加工方法，首先進(jìn)行了薄壁板肋結(jié)構(gòu)工件的手工編程，然后自動生成了一個特殊的參考文獻(xiàn)11985,53(2.,.,.