微細(xì)銑削和微細(xì)車銑切削技術(shù)

   現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)微小裝置的功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、可靠性的要求越來(lái)越高,從而使得對(duì)特征尺寸在微米級(jí)到毫米級(jí)、采用多種材料、且具有一定形狀精度和表面質(zhì)量要求的精密三維微小零件的需求日益迫切。微小型制造技術(shù)作為*制造技術(shù)的重要發(fā)展方向和多學(xué)科交叉的科技研究前沿,因此備受有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。圍繞著微細(xì)切削技術(shù),國(guó)外展開(kāi)了深入的研究。國(guó)內(nèi)部分大學(xué)和研究所也進(jìn)行了初步的研究。

　　微細(xì)切削加工

　　采用微細(xì)切削技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種材料任意形狀微型三維零件的加工，彌補(bǔ)了MEMS 技術(shù)的不足，所制作出的各種微型機(jī)械有著日益廣闊的應(yīng)用前景，因此，國(guó)內(nèi)外的一些高等院校和研究機(jī)構(gòu)采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測(cè)試系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行了不斷的探索。

　　微細(xì)銑刀及其涂層

　　針對(duì)微銑削與傳統(tǒng)銑削的區(qū)別，學(xué)者們?cè)谖娤髦械某叽缧?yīng)、微刀刃半徑、zui小切削厚度、摩擦效應(yīng)以及表面粗糙度等方面內(nèi)容做了深入研究，分析其行為與機(jī)理，建立數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)廣泛的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　微細(xì)車銑切削

　　微細(xì)車銑切削是基于車銑原理的一種*制造技術(shù)。車銑加工不是普通意義上的車削與銑削功能的簡(jiǎn)單組合。它是利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體工件的切削加工任務(wù)，達(dá)到常規(guī)的“車削”目的，使工件在形狀精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面達(dá)到使用要求。車銑加工包括銑刀旋轉(zhuǎn)、工件旋轉(zhuǎn)、銑刀軸向進(jìn)給和徑向進(jìn)給4 個(gè)基本運(yùn)動(dòng)。銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主切削運(yùn)動(dòng)，切削速度與工件直徑?jīng)]有關(guān)系，只與銑刀直徑和銑刀轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。工件旋轉(zhuǎn)是為了配合回轉(zhuǎn)體表面加工而做的范成運(yùn)動(dòng)，對(duì)切削速度的影響一般不予考慮，它主要對(duì)加工過(guò)程中的進(jìn)給速度產(chǎn)生影響。因此，從切削原理上可以發(fā)現(xiàn)，車銑加工過(guò)程中，無(wú)論被加工件直徑多小，只要銑削頭的轉(zhuǎn)速有足夠?qū)挼淖兓秶?，就可以?shí)現(xiàn)微小零件的正常切削加工。

　　無(wú)論在生產(chǎn)率還是在加工工件表面質(zhì)量上，微細(xì)車銑切削技術(shù)較其他技術(shù)而言具有很大的優(yōu)勢(shì)。其中一個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)在于它能夠在一次裝夾中完成對(duì)形狀復(fù)雜工件的加工，并且能在較短時(shí)間內(nèi)完成并提供一個(gè)較高的加工精度。這尤其適用于銑刀的高速切削，不但可以提高生產(chǎn)率，而且也提高了加工精度。德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)和卡爾斯魯厄大學(xué)近年來(lái)開(kāi)展了淬火鋼和硬鋁材料的微細(xì)車銑切削研究，卡爾斯魯厄大學(xué)與奔馳汽車廠合作研制了世界上*轉(zhuǎn)速為16000r/min 的精密微小型銑床，用以加工微小型模具，實(shí)現(xiàn)了用微小設(shè)備高速加工微小零件。弗朗恩霍夫研究院針對(duì)大機(jī)械加工零件所暴露的問(wèn)題，近年來(lái)開(kāi)展了微小型加工系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究，已成功研制出微小型加工系統(tǒng)原理樣機(jī)。

　　近些年來(lái)，沈陽(yáng)理工大學(xué)在微細(xì)銑削加工和微細(xì)車銑切削技術(shù)方面開(kāi)展了一些研究。在微小銑削機(jī)床上完成了微細(xì)銑削AISI D2 模具鋼的切削試驗(yàn)，研究了各切削參數(shù)對(duì)已加工表面形貌和切削力的影響程度及變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，每齒進(jìn)給量對(duì)表面形貌和切削力影響較大，而軸向切削深度和切削速度影響次之。在微細(xì)銑削工件表面上由于塑性變形所產(chǎn)生的微小突出物是微細(xì)毛刺。沈陽(yáng)理工大學(xué)在車銑加工技術(shù)的基礎(chǔ)上完成了WCH-I 數(shù)控四軸聯(lián)動(dòng)微細(xì)車銑切削機(jī)床設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的研究。其氣動(dòng)銑削主軸轉(zhuǎn)速為150000r/min，旨在實(shí)現(xiàn)高速微細(xì)車銑切削微小型細(xì)長(zhǎng)軸和具有復(fù)雜型面的微小型零件。與大中型超精密機(jī)床相比，該機(jī)床具有體積小、易控制加工環(huán)境、成本低等特點(diǎn)。

　　北京理工大學(xué)采用傳統(tǒng)的車削方法和*的車銑方法進(jìn)行了微細(xì)軸的切削加工試驗(yàn), 驗(yàn)研究在自主設(shè)計(jì)的具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和加工特色的“微小型車銑復(fù)合加工中心”上進(jìn)行。首先將這一技術(shù)應(yīng)用于微小型零件的加工。該中心能獨(dú)立完成車、銑、鏜、磨、鉆削的任務(wù)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)*特色的車銑加工功能，從根本上解決了車削時(shí)線速度太低的問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)微細(xì)軸類零件正常的切削加工甚至高速切削加工。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京航空精密機(jī)械研究所、清華大學(xué)也針對(duì)微小型切削機(jī)床開(kāi)展了積極研究。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　微小型零件的加工技術(shù)已引起各國(guó)的重視，發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究，并有不少成果問(wèn)世。微細(xì)銑削和微細(xì)車銑切削技術(shù)與LIGA 和光刻等其他微細(xì)加工技術(shù)相比，具有體積小、能耗低、生產(chǎn)靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)。而無(wú)論從理論分析還是實(shí)際加工，微細(xì)車銑切削技術(shù)更適合于微細(xì)長(zhǎng)軸類零件的加工，采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)控分析后，在改善微小型零件的切削狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)高速切削、降低切削力、延長(zhǎng)刀具壽命、保證零件加工質(zhì)量、提高加工效率等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是一種非常適合微小型零件加工的方法。只要合理匹配車削主軸與銑削主軸的轉(zhuǎn)速比，合理輔以其他切削用量，就可以加工出理想的微小型零件。

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2017.10.10