复杂微结构表面精切技术研究

admin · 发表于 2022-9-29 10:01:37

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摘要材料表面的微结构形貌一定程度上决定了材料的物理性能、化学性能及光学性能等，通过在产品表面上设计加工特殊的微结构形貌可显著提高产品的某些性能并使其拥有一些特定的功能。随着机械产品表面功能化趋势越来越明显，微结构表面所起到的作用越来越重要，且其结构越来越复杂，应用的材料也越来越多样性，这些对微结构表面的加工技术是一个巨大的挑战。针对近年来要在一些难加工材料上添加复杂微结构表面的需求，研制了基于机床附件式的复合振动切削平台系统，该系统将超声椭圆振动系统和快速伺服刀架结构相结合,其中快速伺服刀架结构采用压电陶瓷作为驱动机构,弹性铰链作为预紧机构，具有较大的进给范围和精度。微结构表面形貌的精确控制由快速伺服刀架结构决定。超声椭圆振动切削起到减小切削力、降低切削温度、代替刀具-工件间旋转等作用，从而使金刚石刀具可以加工一些难加工材料如：黑色金属、脆性材料等。本文对该复合振动平台的整体结构进行了理论分析和仿真分析，验证了该平台的可行性。在实际加工中，根据工件特征可采取三种不同的加工方式：超声振动切削、快速伺服刀架切削、超声振动与快速伺服刀架复合切削。另外为了提高系统的整体性能为该复合振动平台设计了控制系统，可以方便地控制复合振动平台加工出各种微结构表面。建立了该控制系统的数学模型，并使用MATLAB软件进行了仿真实验，实验结果验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性。通过对多组铝合金试件，采用不同加工方式进行切削实验，分析了复合振动切削的加工机理以及在加工过程中加超声椭圆振动对微结构表面形貌的影响。此外由实验对比分析可知金刚石刀具的圆弧半径对加工精确的微结构形貌的影响较大，并进行了圆弧半径补偿方法的分析。最后通过在硬脆性材料工件端面上切削微结构表面的实验证明了该复合振动切削的实用性。关键词：微结构表面，复合振动切削，快速伺服刀架，椭圆超声振动

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