超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立及銑削力和殘余應(yīng)力的研究

超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立及銑削力和殘余應(yīng)力的研究一、本文概述隨著現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展，對材料加工技術(shù)的要求也日益提高。超聲振動微銑削技術(shù)作為一種新型的精密加工技術(shù)，以其高效、高精度的特點在航空航天、醫(yī)療器械、光學(xué)儀器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文旨在建立一個超聲振動微銑削系統(tǒng)，并深入研究其銑削力和殘余應(yīng)力的特性，以期為提升我國微銑削加工技術(shù)水平提供理論支持和實踐指導(dǎo)。本文首先介紹了超聲振動微銑削技術(shù)的基本原理和特點，闡述了其相較于傳統(tǒng)銑削技術(shù)的優(yōu)勢。隨后，詳細描述了超聲振動微銑削系統(tǒng)的構(gòu)建過程，包括超聲振動裝置的設(shè)計、銑削刀具的選擇以及控制系統(tǒng)的搭建等。在此基礎(chǔ)上，通過實驗研究，探討了不同工藝參數(shù)下銑削力的變化規(guī)律，并分析了銑削過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機制和影響因素。結(jié)合實驗結(jié)果，提出了優(yōu)化超聲振動微銑削工藝參數(shù)的方法，為提升銑削質(zhì)量和效率提供了參考依據(jù)。本文的研究不僅有助于深入理解超聲振動微銑削技術(shù)的加工機理，也為實際應(yīng)用中的工藝參數(shù)優(yōu)化和加工質(zhì)量控制提供了有力支持。同時，本文的研究成果對于推動超聲振動微銑削技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。二、超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立在深入研究超聲振動微銑削技術(shù)的過程中，建立一個穩(wěn)定且高效的超聲振動微銑削系統(tǒng)至關(guān)重要。該系統(tǒng)主要由超聲振動裝置、微銑削機床、控制系統(tǒng)以及測量與數(shù)據(jù)采集裝置等組成。超聲振動裝置：這一裝置是系統(tǒng)的核心，它負責(zé)產(chǎn)生和傳遞超聲波振動。通常采用壓電陶瓷換能器，這種換能器能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機械振動，進而驅(qū)動刀具進行高頻振動。這種高頻振動能夠有效降低切削力，提高加工精度和表面質(zhì)量。微銑削機床：選用高精度的微銑削機床，以確保加工過程的穩(wěn)定性和精度。機床應(yīng)具備高精度的主軸、進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，以滿足微細加工的需求?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)負責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制。通過精確控制超聲振動裝置和微銑削機床的聯(lián)動，實現(xiàn)對加工過程的精確控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)具備可編程功能，以便根據(jù)不同的加工需求調(diào)整參數(shù)。測量與數(shù)據(jù)采集裝置：為了實時監(jiān)測加工過程中的銑削力和殘余應(yīng)力，系統(tǒng)配備了專業(yè)的測量與數(shù)據(jù)采集裝置。這些裝置能夠?qū)崟r采集銑削力和殘余應(yīng)力的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供依據(jù)。通過這一系列的精心設(shè)計和組裝，我們成功地建立了一個超聲振動微銑削系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的建立為我們深入研究超聲振動微銑削技術(shù)提供了有力的支持，為后續(xù)的實驗研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。三、銑削力研究在超聲振動微銑削過程中，銑削力的變化是一個關(guān)鍵的物理現(xiàn)象，它不僅影響著工件的加工精度和表面質(zhì)量，還與刀具的磨損和壽命密切相關(guān)。對銑削力的深入研究對于優(yōu)化超聲振動微銑削工藝參數(shù)、提高加工效率和質(zhì)量具有重要意義。本研究采用了先進的測力系統(tǒng)，對超聲振動微銑削過程中的銑削力進行了實時監(jiān)測和記錄。通過對比分析不同工藝參數(shù)下的銑削力數(shù)據(jù)，揭示了銑削力與切削速度、進給速度、切削深度等工藝參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時，還探討了超聲振動對銑削力的影響機制，發(fā)現(xiàn)超聲振動可以顯著降低銑削力，減少切削過程中的能量消耗和刀具磨損。在實驗研究的基礎(chǔ)上，本研究還建立了超聲振動微銑削力的數(shù)學(xué)模型。該模型綜合考慮了切削速度、進給速度、切削深度、刀具幾何參數(shù)以及超聲振動參數(shù)等因素對銑削力的影響，為預(yù)測和優(yōu)化超聲振動微銑削過程提供了理論依據(jù)。本研究還對超聲振動微銑削過程中銑削力的動態(tài)變化進行了深入研究。通過對銑削力信號的頻譜分析，揭示了銑削力在不同頻率下的分布規(guī)律，為進一步優(yōu)化超聲振動微銑削工藝提供了重要參考。本研究對超聲振動微銑削過程中的銑削力進行了全面而深入的研究，揭示了銑削力與工藝參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系和超聲振動對銑削力的影響機制，為優(yōu)化超聲振動微銑削工藝參數(shù)、提高加工效率和質(zhì)量提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。四、殘余應(yīng)力研究在超聲振動微銑削過程中，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與分布對于工件的機械性能和穩(wěn)定性具有重要影響。本研究對超聲振動微銑削后的殘余應(yīng)力進行了深入研究。實驗采用射線衍射法測量了不同工藝參數(shù)下銑削后的殘余應(yīng)力。通過對比不同超聲振動頻率、振幅以及進給速度下的殘余應(yīng)力值，發(fā)現(xiàn)超聲振動對殘余應(yīng)力的影響顯著。隨著超聲振動頻率的增加，殘余應(yīng)力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，而振幅的增加則使殘余應(yīng)力逐漸減小。進給速度的增加會導(dǎo)致殘余應(yīng)力的增加。為了進一步揭示超聲振動對殘余應(yīng)力的影響機制，本研究通過有限元仿真軟件建立了超聲振動微銑削的三維模型，并分析了銑削過程中的應(yīng)力場分布。仿真結(jié)果表明，超聲振動能夠有效減小銑削過程中的切削力和熱應(yīng)力，從而降低殘余應(yīng)力。同時，超聲振動還能夠促進切屑的排出，減少切屑與工件表面的摩擦，進一步降低殘余應(yīng)力。為了驗證仿真結(jié)果的有效性，本研究還開展了實際銑削實驗。實驗結(jié)果表明，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，證明了超聲振動對降低殘余應(yīng)力的有效性。實驗還發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，如選擇適當(dāng)?shù)某曊駝宇l率和振幅，可以進一步降低殘余應(yīng)力，提高工件的機械性能和穩(wěn)定性。本研究通過理論和實驗相結(jié)合的方法，深入研究了超聲振動微銑削過程中的殘余應(yīng)力問題。結(jié)果表明，超聲振動對降低殘余應(yīng)力具有顯著效果，這為優(yōu)化超聲振動微銑削工藝、提高工件質(zhì)量提供了重要依據(jù)。五、結(jié)論與展望超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立為微細加工領(lǐng)域提供了一種新的加工方法。該系統(tǒng)利用超聲振動的特性，在微銑削過程中實現(xiàn)了對材料的高效、高精度加工。實驗結(jié)果表明，超聲振動微銑削可以有效降低銑削力，提高加工表面的質(zhì)量。對銑削力的研究表明，超聲振動對銑削力的影響主要體現(xiàn)在減小銑削力的大小和波動范圍。這主要歸因于超聲振動引起的材料內(nèi)部應(yīng)力波的傳遞和釋放，使得切削過程中的切削力得到有效分散和減小。超聲振動還有助于減小刀具與工件之間的摩擦，進一步降低銑削力。對殘余應(yīng)力的研究表明，超聲振動微銑削可以顯著降低加工表面的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的降低有助于提高加工表面的穩(wěn)定性和使用壽命。實驗結(jié)果表明，超聲振動微銑削加工的工件表面殘余應(yīng)力較傳統(tǒng)微銑削加工明顯降低。展望未來，我們將繼續(xù)深入研究超聲振動微銑削技術(shù)在不同材料和加工條件下的應(yīng)用效果。同時，我們還將探索超聲振動與其他加工技術(shù)的結(jié)合，以實現(xiàn)更高效、高精度的微細加工。針對超聲振動微銑削過程中產(chǎn)生的銑削力和殘余應(yīng)力問題，我們將進一步優(yōu)化超聲振動參數(shù)和加工工藝，以提高加工質(zhì)量和效率。超聲振動微銑削技術(shù)的研究具有重要的理論價值和實際應(yīng)用意義。通過不斷深入研究和完善相關(guān)技術(shù)，我們有信心為微細加工領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻。參考資料：隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，對高精度、高效率的加工方法的需求日益增加。超聲振動微銑削作為一種先進的加工技術(shù)，具有高精度、高效率、低損傷等特點，因此在微細加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文旨在建立超聲振動微銑削系統(tǒng)，并對其銑削力和殘余應(yīng)力進行研究。超聲振動微銑削系統(tǒng)主要包括超聲振動發(fā)生器、微銑刀、工件、冷卻系統(tǒng)等部分。超聲振動發(fā)生器產(chǎn)生高頻振動，微銑刀在振動作用下進行微小切削，工件被切削的部分被移除，達到加工目的。選擇合適的超聲振動發(fā)生器是建立系統(tǒng)的關(guān)鍵。發(fā)生器產(chǎn)生的振動頻率和振幅需與微銑刀的尺寸和加工需求相匹配。選擇合適的微銑刀也是重要的一步。微銑刀的硬度和耐磨損性需根據(jù)加工材料和切削速度來選擇。工件的固定和冷卻系統(tǒng)的設(shè)置也是建立系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。工件需要固定在加工臺上，以防止在切削過程中移動。冷卻系統(tǒng)則需要在切削過程中保持工件的溫度穩(wěn)定，以防止熱變形對加工精度的影響。超聲振動微銑削力的大小直接影響到加工過程的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量。通過對銑削力的研究，可以優(yōu)化切削參數(shù)，提高加工效率。在實驗中，我們可以通過在工件上放置力傳感器來測量銑削力。同時，我們可以通過改變切削參數(shù)（如切削速度、進給速度、切削深度等）來研究不同因素對銑削力的影響。殘余應(yīng)力是材料經(jīng)過加工后內(nèi)部保留的應(yīng)力。這些應(yīng)力可能導(dǎo)致工件在加工后出現(xiàn)變形、裂紋等問題。研究殘余應(yīng)力對提高加工質(zhì)量和安全性具有重要意義。在實驗中，我們可以通過射線衍射法、應(yīng)變法等測試方法來測量殘余應(yīng)力。同時，我們可以通過改變切削參數(shù)來研究不同因素對殘余應(yīng)力的影響。本文研究了超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立及銑削力和殘余應(yīng)力的研究。通過實驗和分析，我們得出以下銑削力受到多種因素的影響，如切削速度、進給速度、切削深度等。通過優(yōu)化切削參數(shù)，可以降低銑削力，提高加工效率。殘余應(yīng)力對工件的加工質(zhì)量和安全性有重要影響。通過研究殘余應(yīng)力的大小和分布情況，可以優(yōu)化加工工藝，提高工件的加工質(zhì)量和安全性。通過對超聲振動微銑削系統(tǒng)的建立及銑削力和殘余應(yīng)力的研究，可以為制造業(yè)提供更加高效、精確、安全的加工方法和技術(shù)支持。數(shù)控車床可進行復(fù)雜回轉(zhuǎn)體外形的加工。銑削是將毛坯固定，用高速旋轉(zhuǎn)的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征。傳統(tǒng)銑削較多地用于銑輪廓和槽等簡單外形特征。數(shù)控銑床可以進行復(fù)雜外形和特征的加工。銑鏜加工中心可進行三軸或多軸銑鏜加工，用于加工，模具，檢具，胎具，薄壁復(fù)雜曲面，人工假體，葉片等。在選擇數(shù)控銑削加工內(nèi)容時，應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)控銑床的優(yōu)勢和關(guān)鍵作用。一種常見的金屬冷加工方式，和車削不同之處在于銑削加工中刀具在主軸驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，而被加工工件處于相對靜止。車削用來加工回轉(zhuǎn)體零件，把零件通過三抓卡盤夾在機床主軸上，并高速旋轉(zhuǎn)，然后用車刀按照回轉(zhuǎn)體的母線走刀，切出產(chǎn)品外型來。車床上還可進行內(nèi)孔，螺紋，咬花等的加工，后兩者為低速加工。（1）工件上的曲線輪廓，直線、圓弧、螺紋或螺旋曲線、特別是由數(shù)學(xué)表達式給出的非圓曲線與列表曲線等曲線輪廓。（7）采用數(shù)控銑削加工能有效提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度的一般加工內(nèi)容。適合數(shù)控銑削的主要加工對象有以下幾類：平面輪廓零件、變斜角類零件、空間曲面輪廓零件、孔和螺紋等。操作人員應(yīng)穿緊身工作服，袖口扎緊；要戴防護帽；高速銑削時要戴防護鏡；銑削鑄鐵件時應(yīng)戴口罩；操作時，嚴禁戴手套，以防將手卷入旋轉(zhuǎn)刀具和工件之間。操作前應(yīng)檢查銑床各部件及安全裝置是否安全可靠；檢查設(shè)備電器部分安全可靠程度是否良好。裝卸工件時，應(yīng)將工作臺退到安全位置，使用扳手緊固工件時，用力方向應(yīng)避開銑刀，以防扳手打滑時撞到刀具或工夾具。銑削不規(guī)則的工件及使用虎鉗、分度頭及專用夾具持工件時，不規(guī)則工件的重心及虎鉗、分度頭、專用夾具等應(yīng)盡可能放在工作臺的中間部位，避免工作臺受力不勻，產(chǎn)生變形。機床運轉(zhuǎn)時，不得調(diào)整、測量工件和改變潤滑方式，以防手觸及刀具碰傷手指。工作臺換向時，須先將換向手柄停在中間位置，然后再換向，不準直接換向。銑削平面時，必須使用有四個刀頭以上的刀盤，選擇合適的切削用量，防止機床在銑削中產(chǎn)生振動。對于數(shù)控立式銑床，工作前應(yīng)根據(jù)工藝要求進行有關(guān)工作程序、主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、刀具運動軌跡和連續(xù)越位等項目的預(yù)選。將電氣旋鈕置于“調(diào)正”位置進行試車，確認無問題后，再將電氣旋鈕置于自動或半自動位置進行工作。數(shù)控車床可進行復(fù)雜回轉(zhuǎn)體外形的加工。銑削是將毛坯固定，用高速旋轉(zhuǎn)的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征。傳統(tǒng)銑削較多地用于銑輪廓和槽等簡單外形特征。數(shù)控銑床可以進行復(fù)雜外形和特征的加工。銑鏜加工中心可進行三軸或多軸銑鏜加工，用于加工，模具，檢具，胎具，薄壁復(fù)雜曲面，人工假體，葉片等。在選擇數(shù)控銑削加工內(nèi)容時，應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)控銑床的優(yōu)勢和關(guān)鍵作用。一種常見的金屬冷加工方式，和車削不同之處在于銑削加工中刀具在主軸驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，而被加工工件處于相對靜止。車削用來加工回轉(zhuǎn)體零件，把零件通過三抓卡盤夾在機床主軸上，并高速旋轉(zhuǎn)，然后用車刀按照回轉(zhuǎn)體的母線走刀，切出產(chǎn)品外型來。車床上還可進行內(nèi)孔，螺紋，咬花等的加工，后兩者為低速加工。（1）工件上的曲線輪廓，直線、圓弧、螺紋或螺旋曲線、特別是由數(shù)學(xué)表達式給出的非圓曲線與列表曲線等曲線輪廓。（7）采用數(shù)控銑削加工能有效提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度的一般加工內(nèi)容。適合數(shù)控銑削的主要加工對象有以下幾類：平面輪廓零件、變斜角類零件、空間曲面輪廓零件、孔和螺紋等。操作人員應(yīng)穿緊身工作服，袖口扎緊；要戴防護帽；高速銑削時要戴防護鏡；銑削鑄鐵件時應(yīng)戴口罩；操作時，嚴禁戴手套，以防將手卷入旋轉(zhuǎn)刀具和工件之間。操作前應(yīng)檢查銑床各部件及安全裝置是否安全可靠；檢查設(shè)備電器部分安全可靠程度是否良好。裝卸工件時，應(yīng)將工作臺退到安全位置，使用扳手緊固工件時，用力方向應(yīng)避開銑刀，以防扳手打滑時撞到刀具或工夾具。銑削不規(guī)則的工件及使用虎鉗、分度頭及專用夾具持工件時，不規(guī)則工件的重心及虎鉗、分度頭、專用夾具等應(yīng)盡可能放在工作臺的中間部位，避免工作臺受力不勻，產(chǎn)生變形。機床運轉(zhuǎn)時，不得調(diào)整、測量工件和改變潤滑方式，以防手觸及刀具碰傷手指。工作臺換向時，須先將換向手柄停在中間位置，然后再換向，不準直接換向。銑削平面時，必須使用有四個刀頭以上的刀盤，選擇合適的切削用量，防止機床在銑削中產(chǎn)生振動。對于數(shù)控立式銑床，工作前應(yīng)根據(jù)工藝要求進行有關(guān)工作程序、主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、刀具運動軌跡和連續(xù)越位等項目的預(yù)選。將電氣旋鈕置于“調(diào)正”位置進行試車，確認無問題后，再將電氣旋鈕置于自動或半自動位置進行工作。銑削是以銑刀作為刀具加工物體表面的一種機械加工方法。銑床有臥式銑床，立式銑床，龍門銑床，仿形銑床，萬能銑床，杠銑床。銑削是指使用旋轉(zhuǎn)的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。工作時刀具旋轉(zhuǎn)（作主運動），工件移動（作進給運動），工件也可以固定，但此時旋轉(zhuǎn)的刀具還必須移動（同時完成主運動和進給運動）。銑削用的機床有臥式銑床或立式銑床，也有大型的龍門銑床。這些機床可以是普通機床，也可以是數(shù)控機床。用旋轉(zhuǎn)的銑刀作為刀具的切削加工。銑削一般在銑床或鏜床上進行,適于加工平面、溝槽、各種成形面(如花鍵、齒輪和螺紋)和模具的特殊形面等。③每齒進給量αf（毫米/齒）,表示銑刀每轉(zhuǎn)過一個刀齒的時間內(nèi)工件的相對位移量。平面類零件的特點表現(xiàn)在加工表面既可以平行水平面，又可以垂直于水平面，也可以與水平面的夾角成定角；在數(shù)控銑床上加工的絕大多數(shù)零件屬于平面類零件，平面類零件是數(shù)控銑削加工中最簡單的一類零件，一般只需要用三坐標數(shù)控銑床的兩軸聯(lián)動或三軸聯(lián)動即可加工。在加工過程中，加工面與刀具為面接觸，粗、精加工都可采用端銑刀或牛鼻刀。曲面類零件的特點是加工表面為空間曲面，在加工過程中，加工面與銑刀始終為點接觸。表面精加工多采用球頭銑刀進行。(2)懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采硪粋?cè)立柱導(dǎo)軌作垂直移動，銑頭沿懸臂導(dǎo)軌移動。(3)滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導(dǎo)軌作橫向移動，滑鞍可沿立柱導(dǎo)軌作垂直移動。(4)龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導(dǎo)軌移動。通常橫梁可沿立柱導(dǎo)軌垂向移動，工作臺可沿床身導(dǎo)軌縱向移動。用于大件加工。(5)平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺沿床身導(dǎo)軌縱向移動，主軸可軸向移動。它結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高。(6)仿形銑床：對工件進行仿形加工的銑床。一般用于加工復(fù)雜形狀工件。(7)升降臺銑床：具有可沿床身導(dǎo)軌垂直移動的升降臺的銑床，通常安裝在升降臺上的工作臺和滑鞍可分別作縱向、橫向移動。(8)搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)和移動，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。(9)床身式銑床：工作臺不能升降，可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動，銑頭或立柱可作垂直移動的銑床。(10)專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復(fù)雜。主要的有升降臺銑床、