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三向力測試儀在微細銑削車削的應用
微細銑削和微細車銑切削技術
現(xiàn)代工程技術的發(fā)展對微小裝置的功能、結構復雜程度、可靠性的要求越來越高,從而使得對特征尺寸在微米級到毫米級、采用多種材料、且具有一定形狀精度和表面質量要求的精密三維微小零件的需求日益迫切。微小型制造技術作為*制造技術的重要發(fā)展方向和多學科交叉的科技研究前沿,因此備受有關研究機構的關注。圍繞著微細切削技術,國外展開了深入的研究。國內部分大學和研究所也進行了初步的研究。
微細切削加工
采用微細切削技術可以實現(xiàn)多種材料任意形狀微型三維零件的加工，彌補了MEMS 技術的不足，所制作出的各種微型機械有著日益廣闊的應用前景，因此，國內外的一些高等院校和研究機構采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測試系統(tǒng)對此進行了不斷的探索。
微細銑刀及其涂層
針對微銑削與傳統(tǒng)銑削的區(qū)別，學者們在微銑削中的尺寸效應、微刀刃半徑、zui小切削厚度、摩擦效應以及表面粗糙度等方面內容做了深入研究，分析其行為與機理，建立數(shù)學模型，并通過廣泛的試驗來進行了驗證。
微細車銑切削
微細車銑切削是基于車銑原理的一種*制造技術。車銑加工不是普通意義上的車削與銑削功能的簡單組合。它是利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現(xiàn)回轉體工件的切削加工任務，達到常規(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到使用要求。車銑加工包括銑刀旋轉、工件旋轉、銑刀軸向進給和徑向進給4 個基本運動。銑刀的旋轉運動是主切削運動，切削速度與工件直徑?jīng)]有關系，只與銑刀直徑和銑刀轉速密切相關。工件旋轉是為了配合回轉體表面加工而做的范成運動，對切削速度的影響一般不予考慮，它主要對加工過程中的進給速度產(chǎn)生影響。因此，從切削原理上可以發(fā)現(xiàn)，車銑加工過程中，無論被加工件直徑多小，只要銑削頭的轉速有足夠寬的變化范圍，就可以實現(xiàn)微小零件的正常切削加工。
無論在生產(chǎn)率還是在加工工件表面質量上，微細車銑切削技術較其他技術而言具有很大的優(yōu)勢。其中一個非常重要的優(yōu)勢在于它能夠在一次裝夾中完成對形狀復雜工件的加工，并且能在較短時間內完成并提供一個較高的加工精度。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。德國阿亨工業(yè)大學和卡爾斯魯厄大學近年來開展了淬火鋼和硬鋁材料的微細車銑切削研究，卡爾斯魯厄大學與奔馳汽車廠合作研制了世界上*轉速為16000r/min 的精密微小型銑床，用以加工微小型模具，實現(xiàn)了用微小設備高速加工微小零件。弗朗恩霍夫研究院針對大機械加工零件所暴露的問題，近年來開展了微小型加工系統(tǒng)相關技術的研究，已成功研制出微小型加工系統(tǒng)原理樣機。
近些年來，沈陽理工大學在微細銑削加工和微細車銑切削技術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。沈陽理工大學在車銑加工技術的基礎上完成了WCH-I 數(shù)控四軸聯(lián)動微細車銑切削機床設計和開發(fā)的研究。其氣動銑削主軸轉速為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。
北京理工大學采用傳統(tǒng)的車削方法和*的車銑方法進行了微細軸的切削加工試驗, 驗研究在自主設計的具有結構優(yōu)勢和加工特色的“微小型車銑復合加工中心”上進行。首先將這一技術應用于微小型零件的加工。該中心能獨立完成車、銑、鏜、磨、鉆削的任務，同時還能實現(xiàn)*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。另外，哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學、北京航空精密機械研究所、清華大學也針對微小型切削機床開展了積極研究。
結束語
微小型零件的加工技術已引起各國的重視，發(fā)達國家已開展相關技術研究，并有不少成果問世。微細銑削和微細車銑切削技術與LIGA 和光刻等其他微細加工技術相比，具有體積小、能耗低、生產(chǎn)靈活、效率高等優(yōu)點。而無論從理論分析還是實際加工，微細車銑切削技術更適合于微細長軸類零件的加工，采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測試系統(tǒng)的實時測控分析后，在改善微小型零件的切削狀態(tài)、實現(xiàn)高速切削、降低切削力、延長刀具壽命、保證零件加工質量、提高加工效率等方面都具有明顯的優(yōu)勢，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。
堯零智能檢測儀器科技有限公司
2017.10.10