2021-07-29 《Advances in Manufacturing》2021年第9卷第2期

微細銑削是一種精密制造工藝，由于其在各種材料中的通用性、性能、經(jīng)濟性和效率，在生物醫(yī)學(xué)、電子、航空航天和航空工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。特別是，微銑削工藝非常適合于在微域中對高長寬比的模具原型進行非常精確的加工，以及快速的微變形和微模塑加工，這在不久的將來將在生物植入物制造中具有重要的意義。然而，當(dāng)銑削被縮小到微域時，機械加工固有的物理過程約束就產(chǎn)生了。這導(dǎo)致了微銑削過程中的一些物理現(xiàn)象，如切屑形成、尺寸效應(yīng)和加工不穩(wěn)定性。本文詳細介紹和討論了這些動態(tài)物理過程現(xiàn)象。從過程輸出的角度詳細討論了微銑削過程輸入的最新研究，以確定如何改進整個過程。此外，還介紹了將傳統(tǒng)微細銑削技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合的新工藝，這些新工藝在減少與物理過程現(xiàn)象有關(guān)的問題方面具有很大的應(yīng)用前景。最后，討論了這種多用途精密加工工藝的主要應(yīng)用，并對如何進一步拓寬其應(yīng)用范圍提出了重要見解。

關(guān)鍵詞： 精密加工   微銑削   尺寸效應(yīng)   撓度   刀具磨損  

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國內(nèi)研究情況

近些年來，沈陽理工大學(xué)在微細銑削加工和微細車銑切削技術(shù)方面開展了一些研究。在微小銑削機床上完成了微細銑削AISI D2 模具鋼的切削試驗，研究了各切削參數(shù)對已加工表面形貌和切削力的影響程度及變化趨勢。結(jié)果表明，每齒進給量對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毛刺[19-20]。沈陽理工大學(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)動微細車銑切削機床設(shè)計和開發(fā)的研究。其氣動銑削主軸轉(zhuǎn)速為150000r/min，旨在實現(xiàn)高速微細車銑切削微小型細長軸和具有復(fù)雜型面的微小型零件。與大中型超精密機床相比，該機床具有體積小、易控制加工環(huán)境、成本低等特點。

北京理工大學(xué)采用傳統(tǒng)的車削方法和先進的車銑方法進行了微細軸的切削加工試驗, 驗研究在自主設(shè)計的具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和加工特色的“微小型車銑復(fù)合加工中心”上進行。首先將這一技術(shù)應(yīng)用于微小型零件的加工[21]。該中心能獨立完成車、銑、鏜、磨、鉆削的任務(wù)，同時還能實現(xiàn)獨具特色的車銑加工功能，從根本上解決了車削時線速度太低的問題，能實現(xiàn)微細軸類零件正常的切削加工甚至高速切削加工[22]。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)[23-24]、南京航空航天大學(xué)[25-26]、北京航空精密機械研究所[27]、清華大學(xué)[28] 也針對微小型切削機床開展了積極研究

山東理工大學(xué)高精密微細銑削加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

發(fā)布者：張傳濱

高精密微小幾何特征零件在航空航天、國防、醫(yī)療等領(lǐng)域的產(chǎn)值已超過千億美元。目前，我國主要用傳統(tǒng)設(shè)備對這些零件進行微細銑削，存在著精度低、耗能高、占地空間大等突出問題。另外，超精密微細銑削設(shè)備依賴進口，價格昂貴，且高端超精密微細銑削設(shè)備還對我國禁運，嚴重阻礙了我國高精密微小幾何特征零件的精密加工與相關(guān)應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展。通過本項目高精密微細銑削加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，解決了以上突出問題，取得了高精密微細銑削加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備的重大突破，打破了國外技術(shù)封鎖。創(chuàng)新研究成果如下：

1.發(fā)明了系列超精密微細銑削機床，提出了小型超精密微細銑削機床創(chuàng)成式精準設(shè)計方法，解決了超精密微細銑削機床的創(chuàng)新研發(fā)問題。與國內(nèi)目前用于微細銑削的主要加工機床相比，精度提高了一個數(shù)量級、節(jié)約了70%的能源和75%以上的占地空間。

2. 發(fā)明了系列微細球頭銑刀，切削部旋轉(zhuǎn)包絡(luò)球面直徑為50μm～1000μm，前刀面與后刀面均為直紋面，從原理上保證了切削刃輪廓制備誤差≤±2μm。提出了微細銑刀的直紋面組合設(shè)計方法，研發(fā)出了其制造關(guān)鍵技術(shù)，解決了超硬微細銑刀的創(chuàng)新研發(fā)問題。

3. 發(fā)明了微細銑削用工件姿態(tài)微調(diào)整裝置，工件上表面調(diào)整精度達1.7μm，減少了超精密微細銑削時40%的工件調(diào)整時間。提出了微細銑削工件姿態(tài)微調(diào)整夾具設(shè)計方法與技術(shù)，解決了工件姿態(tài)微調(diào)整夾具裝置的剛度與阻尼優(yōu)化匹配的問題。

4. 提出了微細銑削的微觀關(guān)系模型與微細銑削臨界工藝參數(shù)分析優(yōu)化方法，解決了塑性材料微細銑削尺度效應(yīng)所對應(yīng)臨界條件的判定、硬脆性材料塑性切削判定準則不統(tǒng)一的問題，為超精密微細銑削裝備研發(fā)與應(yīng)用提供了關(guān)鍵支撐理論與技術(shù)。