外文翻譯--二維振動切削的微加工特征 中文版.doc

韓國精密工程國際期刊，第二卷，第3期，2001年9月。二維振動切削的微加工特征安貞桓，機(jī)械工程學(xué)院，釜山國立大學(xué)，韓國釜山韓石，機(jī)械工程學(xué)院，新加坡國立大學(xué)，新加坡，金成民，機(jī)械工程及智能系統(tǒng)學(xué)院，釜山國立大學(xué)，韓國釜山摘要本文論述了二維振動切削微細(xì)加工精度的可行性改善。振動切削是由兩個壓電振動器控制工作：一是正弦曲線電壓驅(qū)動信號，另一個是相移正弦曲線電壓驅(qū)動信號。這種信號連接到振動器產(chǎn)生的二維橢圓運動，取決于兩個輸入信號的頻率，振幅和相位變化以及工件進(jìn)給速度。在加工刀具形成的橢圓軌跡中，較低的部分是切削工作區(qū)域，上部是非切削工作區(qū)域。采用這種二維振動切削方法的獨特之處是的刀具和切屑之間的潤滑造成的。實驗驗證二維振動切削的另一個特點是在切屑的流動方向上負(fù)面推力隨著刀具的轉(zhuǎn)動發(fā)生扭轉(zhuǎn)。這些特點不僅有助于切削順地不間斷地流出，而且還大大降低切削力，從而可以獲得一個更高質(zhì)量的加工表面。在刀具軌跡仿真和實驗微加工的條件下，二維振動切與常規(guī)切削相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)切削力較小，表面比較平滑，毛刺更少。關(guān)鍵詞：二維振動切削，壓電振動器，橢圓形軌跡，微加工1導(dǎo)言高精度微加工制造技術(shù)隨著非球面反射鏡光學(xué)和平面鏡光學(xué)的深入發(fā)展一直在進(jìn)步。由于音頻/視頻產(chǎn)品需要緊湊，體積小，功能強(qiáng)大的光學(xué)零件，如菲涅爾透鏡和衍射光柵零件，繼續(xù)變得更加微型，多功能，而這些零件的制造加工會變得更加復(fù)雜。這就是為什么高精密微加工比以前更加重要的原因。一般來說，尺寸效應(yīng)是微加工所不可避免的，這使得切削力變大，造成各種不良的問題如表面變形，顫振和毛刺，所有這一切問題對于化光學(xué)零件的制造而言，則是精度變低和表面粗糙度下降。許多研究機(jī)構(gòu)試圖開發(fā)新的方法來克服上述的問題。這些研究涉及低剛性結(jié)構(gòu)如數(shù)控機(jī)床，微型機(jī)床的熱誤差以及微加工過程本身。振動切削試圖通過改善切屑與刀具的潤滑關(guān)系達(dá)到解決上述問題。這項研究的目的是調(diào)查的二維振動切削對切削力，表面粗糙度，毛刺等的影響，開發(fā)出控制振動的兩個壓電振動器，并生成一個控制刀具軌跡的程序?；舳髟碛糜谔岣哒駝宇l率及增大振動幅度，被證明在降低切削力方面是非常有用的。相比之下，二維振動切削的最大優(yōu)點就是能夠產(chǎn)生各種刀具與兩軸振動相結(jié)合的運動。圖1：二維振動切削原理在二維振動切削的情況下，假設(shè)振幅為A，頻率為f,相移為和工件進(jìn)給速度為V，刀具軌跡可以用方程式表示出來。該刀具在階段一下降，在階段二上升。在余下的刀具循環(huán)軌跡中，該刀具不接觸工件。整個振動切削過程就是這樣循環(huán)進(jìn)行。最大理論表面粗糙度可以計算出，這取決于該工具振動參數(shù)。假設(shè)是常數(shù)，刀具軌跡方程如下所示：X=A.sin(ft+)+v.tY=A.sin(ft)Rmax取決于信號的相移，并影響到刀具的軌跡模式。軌跡一旦切削深度等因素確定，從理論上說，振幅越大，頻率越高，加工表面就會變得更光潔。但在現(xiàn)實的加工過程中，因為一進(jìn)給速度過于緩慢，切削效率就會受到較大的影響，和振動機(jī)制也會出現(xiàn)不利的改變。因此必須綜合考慮振幅，頻率和進(jìn)給速度等因素的影響。圖2：壓電驅(qū)動二維振動所需設(shè)備圖2顯示的壓電驅(qū)動二維振動切削加工的振動示意圖及驅(qū)動信號產(chǎn)生系統(tǒng)。兩個壓電振動器位于彼此垂直的二個金屬板上，由于X和Y方向的壓電陶瓷驅(qū)動力量，這種安裝方式會產(chǎn)生特有的彈性變形。為了消除交叉干擾，、十字型刀柄應(yīng)放置在軸向的空隙上。如果一個函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個正弦波，那么有二個信號發(fā)生器的信號輸入就會產(chǎn)生兩個正弦波的信號輸出。采用雙通道信號放大器放大兩相信號足以驅(qū)動壓電振動器。采用一個助推器是為了使壓電振動器快速響應(yīng)和快速輸入。圖3：二維振動切削的刀具軌跡圖3顯示的是相位差距傳感器測量到的一個橢圓形加工軌跡，頻率為1kHz，相移為45，兩軸振幅的約5m的。刀具裝夾的斜度約50。表1顯示的是實驗測量的常規(guī)切削和振動切削靜態(tài)/動態(tài)剛度。靜剛度這方面振動切削比常規(guī)切削要高。相反，動態(tài)剛度，振動切削要比常規(guī)切削低的多。這就是為什么振動切削會有那么多的優(yōu)點，特別是在微加工方面，振動切削比常規(guī)切削取得的切削精度更高。4加工實驗4.1實驗裝置圖4：實驗裝置示意圖圖4顯示實驗裝置示意圖，建立了二維振動切削坐標(biāo)，在機(jī)床的小型工作臺上組成了XYZ三軸系列，X軸Y軸分辨率為1m，而Z軸分辨率柱為0.17m。二維振動切削的加工工具固定安裝在工具欄上的滑塊上，而常規(guī)切削的切切削工具是直接固定安裝。還包括測量切削里流失的測功機(jī)和差距傳感器。4.2切削條件切削參數(shù)即切削深度和進(jìn)給速度，二者的選擇標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，而振動參數(shù)則根據(jù)傳統(tǒng)加工振動加工壓力推力壓力推力動態(tài)剛度11.93116.749.065.77靜態(tài)剛度1.434.442.103.93振動發(fā)生器的物理特性選定。表2：二維振動加工的條件刀具人造金剛石工件黃銅切削條件切削深度1，1.25，2，3，4，5m進(jìn)給速率0.5，1，2，3mm/sec振動條件相位45頻率1kHz幅度5m5實驗結(jié)果5.1切削力與金剛石工具的弧180，進(jìn)給速度為1/秒，與切削深度為15，切削力調(diào)查期間切割。數(shù)字5（a）項和第5（b）分別顯示了主要和推力切削力和振動的常規(guī)圖5：切削力：壓力，推力