论文部分内容阅读
摘要：纳米技术以及电子技术的出现，为微细加工技术的发展带来了可能，随着加工精度要求的提高，复杂曲面微细零件的切削加工技术受到了更多的关注。本文研究了复杂曲面微细零件切削加工的技术，重点介绍了加工的机理以及刀具的选择和路径规划等问题。
关键词：复杂曲面；微细零件；切削加工
中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1006-6675（2013）15-
实现中间尺度和微米机械制造的主要技能就是微细加工。与普通的零件切削加工相比，微细切削不仅在加工尺寸上存在差异，在加工机理上面也有很大的差别。本文主要从微细零件切削加工的机理、大局的选取和路径规范等方面进行了分析和论证。
一、复杂曲面微细零件切削加工的机理研究
由于切削过程中产生不同厚度的切削屑，与普通的零件切削加工相比，微细切削加工的机理也有很大的不同。举例来说，进行一个直径0.1mm的软钢微细轴零件的加工，要求精度达到0.01mm，并且只允许在加工过程中产生厚度不超过0.01ram的切屑。我们知道，软钢材质中含有很多的晶粒，其大小要用微米来衡量，这就表示要在晶粒内部完成微细切削工作，在切削中只能将晶粒当作一连串不连续的个体来处理。如果是进行普通切削加工，那么吃刀深度就会超过晶粒的尺度，不可能在晶粒中进行切削加工，只能把整个加工体看作是一个连续体。可以看出，普通切削加工与微细切削加工具有截然不同的加工机理。
此外，两种不同的切削方式中刀具自身感受到的切削力也存在很大的差异。实验证明，进行软刚材质的加工时，可以通过剪切阻力与单位面积之间的关系来进行刀具受力情况的分析。软钢切削时，在1pm以下的吃刀深度情况下，刀具单位面积会受到极大的切削阻力，可以达到1300kg/mm?左右，与理论上软钢的剪切强度1400kg/mm?很相近；如果采用普通切削加工的方式，吃刀深度为0.1mm时，单位面积上的刀具切削阻力会降低到20—30kg/mm?。所以，随着微细切削加工的单位的减小，由数微米降至亚微米级时，刀刃位置要承受较大的应力，因此刀具单位面积上有大量的热能产生，导致局部温度出现极大的升高。所以，从加工设备方面来看，微细切削加工需要的刚度和精密度更高，同时要求微小的进给，对于刀具的要求则是材料强度高，要求材料能够有很强的耐磨和耐热性能，可以说对于设备和刀具的要求基本上是一致的。
二、复杂曲面微细零件切削加工的刀具路径规划
进行复杂曲面的加工时，有很多生成刀具轨迹的办法，例如等参数线法、等距偏置法、空间填充法以及层切法等。
等距偏置法是通过边界曲线来进行等距离线的计算，并作为刀具轨迹线来使用，残留的最大高度位置决定了间距的大小，同等距离平面法类似，缺点是加工效率方面不尽如人意。比较常见的一种刀具轨迹规划方法是等参数线法，这个办法的最大优势就在于简单的运算方法，但是因为相邻两个刀具轨迹之间的最高残留位置是进行参数间距计算的唯一依据，同时大部分的曲面在参数方向上具有很大的几何尺度变化，因此实际上很可能会得到疏密差很大的刀具轨迹，降低切削加工的效率，也会导致加工面质量不均。并且，复杂曲面零件常常包括很多的焊接部分，很容易在曲面参数的方向上出现突然变化，很难保证曲面熔接位置的加工质量。
目前，一些学者开始进行将刀具的轨迹通过空间填充曲线的方式来实现。如果可行的话，那么这种办法在参数的分布上会更加的均匀，连续性也更好，可以说空过程在切削过程中就基本消失了，大大的减少了刀具轨迹的总长度。但是存在频繁变换切削方向的问题，会在一定程度上影响到表面的质量，所以现在来说，怎样将空间填充曲线的方式更好的应用到曲面切削加工工作中来，是未来研究的方向。
复杂曲面切削中，加工工件可以采用分层的方式来进行，常见的有投影法和平行截面法，不过这些办法都必须有加工曲面的等距面才能实现。层切法是将一组曲面与平行面进行截取，得到的截线就是刀具的运行轨迹。这种方式的不足是进行切面的位置不容易找到，很多时候是通过垂直于平面的坐标轴进行简化运算得来的。这种办法进行复杂曲面的加工是好的选择，因此在进行复杂曲面微小零件的加工时，常常采用的刀具路径确定方法就是层切法。
三、复杂曲面微细零件切削用量的选择
切削用量对于微细切削来说具有十分重要的作用，它不仅关系到切削加工的工作效率、加工功率和使用费用，还直接决定着加工零件的表面质量和形位精度，因此切削用量的合理选择对于维系切削加工意义重大。
切削工作开始之前，一定要对每道工序的切削用量进行确定。要想合理的选用切削用量，就要对可能对切削产生影响的各种因素进行全面的考虑，选择最好的切削条件。很多因素都会对切削条件造成影响，例如夹具与机床的材料刚度；刀具的生产效率以及使用寿命；机床定位精度；表面的实际粗糙情况以及加工精度；切削进行的深度、速度以及进给率；冷却和润滑的主要方式等等。其中，刀具切削的深度和速度以及进给率是最主要的部分，也是最大的微细切削加工影响因素。一般来说，在进行切削用量的选择之前其他因素就已经确定。
加工效率的直接影响因素就是切削的速度，如果切削的速度太低，就会延长加工的时间，刀具的性能就不能得到好的发挥；如果切削的速度过快，虽然缩短切削时间，但是会让刀具产生过高的热量，严重损害使用寿命。影响切削速度的因素很多，主要有以下几个方面，第一是刀具的材质，不同材质自身的特性决定了其能够进行的切削速度；第二是加工工件的材质，工件的硬度会对刀具的切削速度产生影响，同一刀具，在进行较硬材质工件的切削时应该适当的降低速度，同理进行软材质工件的加工就可以提高速度；第三是机床的性能，如果加工机床的精度很高，具有很好的刚度，就可以适当的提高速度。反之，就降低速度。进给量一定要在充分了解工件粗糙程度、精度要求、刀具的性质等的基础上来进行选取，同时也要控制在机床以及数控系统的能力范围之内。
四、小结
综上所述，复杂表面切削加工的进行受到很多因素的影响，本文主要从加工机理以及刀具的使用方面来进行研究。在实际的工作中，微细加工事业的发展需要更多的经验积累，需要更多先进技术的支持。
参考文献：
[1]蒋欣荣.微细加工技术[M].电子工业出版社，2011.
[2]任秉银，唐余勇.数控加工中的几何建模理论及其应用[M].工业大学出版社，2012.
关键词：复杂曲面；微细零件；切削加工
中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1006-6675（2013）15-
实现中间尺度和微米机械制造的主要技能就是微细加工。与普通的零件切削加工相比，微细切削不仅在加工尺寸上存在差异，在加工机理上面也有很大的差别。本文主要从微细零件切削加工的机理、大局的选取和路径规范等方面进行了分析和论证。
一、复杂曲面微细零件切削加工的机理研究
由于切削过程中产生不同厚度的切削屑，与普通的零件切削加工相比，微细切削加工的机理也有很大的不同。举例来说，进行一个直径0.1mm的软钢微细轴零件的加工，要求精度达到0.01mm，并且只允许在加工过程中产生厚度不超过0.01ram的切屑。我们知道，软钢材质中含有很多的晶粒，其大小要用微米来衡量，这就表示要在晶粒内部完成微细切削工作，在切削中只能将晶粒当作一连串不连续的个体来处理。如果是进行普通切削加工，那么吃刀深度就会超过晶粒的尺度，不可能在晶粒中进行切削加工，只能把整个加工体看作是一个连续体。可以看出，普通切削加工与微细切削加工具有截然不同的加工机理。
此外，两种不同的切削方式中刀具自身感受到的切削力也存在很大的差异。实验证明，进行软刚材质的加工时，可以通过剪切阻力与单位面积之间的关系来进行刀具受力情况的分析。软钢切削时，在1pm以下的吃刀深度情况下，刀具单位面积会受到极大的切削阻力，可以达到1300kg/mm?左右，与理论上软钢的剪切强度1400kg/mm?很相近；如果采用普通切削加工的方式，吃刀深度为0.1mm时，单位面积上的刀具切削阻力会降低到20—30kg/mm?。所以，随着微细切削加工的单位的减小，由数微米降至亚微米级时，刀刃位置要承受较大的应力，因此刀具单位面积上有大量的热能产生，导致局部温度出现极大的升高。所以，从加工设备方面来看，微细切削加工需要的刚度和精密度更高，同时要求微小的进给，对于刀具的要求则是材料强度高，要求材料能够有很强的耐磨和耐热性能，可以说对于设备和刀具的要求基本上是一致的。
二、复杂曲面微细零件切削加工的刀具路径规划
进行复杂曲面的加工时，有很多生成刀具轨迹的办法，例如等参数线法、等距偏置法、空间填充法以及层切法等。
等距偏置法是通过边界曲线来进行等距离线的计算，并作为刀具轨迹线来使用，残留的最大高度位置决定了间距的大小，同等距离平面法类似，缺点是加工效率方面不尽如人意。比较常见的一种刀具轨迹规划方法是等参数线法，这个办法的最大优势就在于简单的运算方法，但是因为相邻两个刀具轨迹之间的最高残留位置是进行参数间距计算的唯一依据，同时大部分的曲面在参数方向上具有很大的几何尺度变化，因此实际上很可能会得到疏密差很大的刀具轨迹，降低切削加工的效率，也会导致加工面质量不均。并且，复杂曲面零件常常包括很多的焊接部分，很容易在曲面参数的方向上出现突然变化，很难保证曲面熔接位置的加工质量。
目前，一些学者开始进行将刀具的轨迹通过空间填充曲线的方式来实现。如果可行的话，那么这种办法在参数的分布上会更加的均匀，连续性也更好，可以说空过程在切削过程中就基本消失了，大大的减少了刀具轨迹的总长度。但是存在频繁变换切削方向的问题，会在一定程度上影响到表面的质量，所以现在来说，怎样将空间填充曲线的方式更好的应用到曲面切削加工工作中来，是未来研究的方向。
复杂曲面切削中，加工工件可以采用分层的方式来进行，常见的有投影法和平行截面法，不过这些办法都必须有加工曲面的等距面才能实现。层切法是将一组曲面与平行面进行截取，得到的截线就是刀具的运行轨迹。这种方式的不足是进行切面的位置不容易找到，很多时候是通过垂直于平面的坐标轴进行简化运算得来的。这种办法进行复杂曲面的加工是好的选择，因此在进行复杂曲面微小零件的加工时，常常采用的刀具路径确定方法就是层切法。
三、复杂曲面微细零件切削用量的选择
切削用量对于微细切削来说具有十分重要的作用，它不仅关系到切削加工的工作效率、加工功率和使用费用，还直接决定着加工零件的表面质量和形位精度，因此切削用量的合理选择对于维系切削加工意义重大。
切削工作开始之前，一定要对每道工序的切削用量进行确定。要想合理的选用切削用量，就要对可能对切削产生影响的各种因素进行全面的考虑，选择最好的切削条件。很多因素都会对切削条件造成影响，例如夹具与机床的材料刚度；刀具的生产效率以及使用寿命；机床定位精度；表面的实际粗糙情况以及加工精度；切削进行的深度、速度以及进给率；冷却和润滑的主要方式等等。其中，刀具切削的深度和速度以及进给率是最主要的部分，也是最大的微细切削加工影响因素。一般来说，在进行切削用量的选择之前其他因素就已经确定。
加工效率的直接影响因素就是切削的速度，如果切削的速度太低，就会延长加工的时间，刀具的性能就不能得到好的发挥；如果切削的速度过快，虽然缩短切削时间，但是会让刀具产生过高的热量，严重损害使用寿命。影响切削速度的因素很多，主要有以下几个方面，第一是刀具的材质，不同材质自身的特性决定了其能够进行的切削速度；第二是加工工件的材质，工件的硬度会对刀具的切削速度产生影响，同一刀具，在进行较硬材质工件的切削时应该适当的降低速度，同理进行软材质工件的加工就可以提高速度；第三是机床的性能，如果加工机床的精度很高，具有很好的刚度，就可以适当的提高速度。反之，就降低速度。进给量一定要在充分了解工件粗糙程度、精度要求、刀具的性质等的基础上来进行选取，同时也要控制在机床以及数控系统的能力范围之内。
四、小结
综上所述，复杂表面切削加工的进行受到很多因素的影响，本文主要从加工机理以及刀具的使用方面来进行研究。在实际的工作中，微细加工事业的发展需要更多的经验积累，需要更多先进技术的支持。
参考文献：
[1]蒋欣荣.微细加工技术[M].电子工业出版社，2011.
[2]任秉银，唐余勇.数控加工中的几何建模理论及其应用[M].工业大学出版社，2012.