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外文翻译--二维振动切削的微加工特征 中文版.doc

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外文翻译--二维振动切削的微加工特征 中文版.doc

韩国精密工程国际期刊,第二卷,第3期,2001年9月。二维振动切削的微加工特征安贞桓,机械工程学院,釜山国立大学,韩国釜山韩石,机械工程学院,新加坡国立大学,新加坡,金成民,机械工程及智能系统学院,釜山国立大学,韩国釜山摘要本文论述了二维振动切削微细加工精度的可行性改善。振动切削是由两个压电振动器控制工作一是正弦曲线电压驱动信号,另一个是相移正弦曲线电压驱动信号。这种信号连接到振动器产生的二维椭圆运动,取决于两个输入信号的频率,振幅和相位变化以及工件进给速度。在加工刀具形成的椭圆轨迹中,较低的部分是切削工作区域,上部是非切削工作区域。采用这种二维振动切削方法的独特之处是的刀具和切屑之间的润滑造成的。实验验证二维振动切削的另一个特点是在切屑的流动方向上负面推力随着刀具的转动发生扭转。这些特点不仅有助于切削顺地不间断地流出,而且还大大降低切削力,从而可以获得一个更高质量的加工表面。在刀具轨迹仿真和实验微加工的条件下,二维振动切与常规切削相比较,结果发现切削力较小,表面比较平滑,毛刺更少。关键词二维振动切削,压电振动器,椭圆形轨迹,微加工1导言高精度微加工制造技术随着非球面反射镜光学和平面镜光学的深入发展一直在进步。由于音频/视频产品需要紧凑,体积小,功能强大的光学零件,如菲涅尔透镜和衍射光栅零件,继续变得更加微型,多功能,而这些零件的制造加工会变得更加复杂。这就是为什么高精密微加工比以前更加重要的原因。一般来说,尺寸效应是微加工所不可避免的,这使得切削力变大,造成各种不良的问题如表面变形,颤振和毛刺,所有这一切问题对于化光学零件的制造而言,则是精度变低和表面粗糙度下降。许多研究机构试图开发新的方法来克服上述的问题。这些研究涉及低刚性结构如数控机床,微型机床的热误差以及微加工过程本身。振动切削试图通过改善切屑与刀具的润滑关系达到解决上述问题。这项研究的目的是调查的二维振动切削对切削力,表面粗糙度,毛刺等的影响,开发出控制振动的两个压电振动器,并生成一个控制刀具轨迹的程序。霍恩原理用于提高振动频率及增大振动幅度,被证明在降低切削力方面是非常有用的。相比之下,二维振动切削的最大优点就是能够产生各种刀具与两轴振动相结合的运动。图1二维振动切削原理在二维振动切削的情况下,假设振幅为A,频率为f,相移为Φ和工件进给速度为V,刀具轨迹可以用方程式表示出来。该刀具在阶段一下降,在阶段二上升。在余下的刀具循环轨迹中,该刀具不接触工件。整个振动切削过程就是这样循环进行。最大理论表面粗糙度可以计算出,这取决于该工具振动参数。假设Φ是常数,刀具轨迹方程如下所示XA.sinftΦv.tYA.sinftRmax取决于信号的相移Φ,并影响到刀具的轨迹模式。轨迹一旦切削深度等因素确定,从理论上说,振幅越大,频率越高,加工表面就会变得更光洁。但在现实的加工过程中,因为一进给速度过于缓慢,切削效率就会受到较大的影响,和振动机制也会出现不利的改变。因此必须综合考虑振幅,频率和进给速度等因素的影响。图2压电驱动二维振动所需设备图2显示的压电驱动二维振动切削加工的振动示意图及驱动信号产生系统。两个压电振动器位于彼此垂直的二个金属板上,由于X和Y方向的压电陶瓷驱动力量,这种安装方式会产生特有的弹性变形。为了消除交叉干扰,、十字型刀柄应放置在轴向的空隙上。如果一个函数发生器产生一个正弦波,那么有二个信号发生器的信号输入就会产生两个正弦波的信号输出。采用双通道信号放大器放大两相信号足以驱动压电振动器。采用一个助推器是为了使压电振动器快速响应和快速输入。图3二维振动切削的刀具轨迹图3显示的是相位差距传感器测量到的一个椭圆形加工轨迹,频率为1kHz,相移为45,两轴振幅的约5μm的。刀具装夹的斜度约50°。表1显示的是实验测量的常规切削和振动切削静态/动态刚度。静刚度这方面振动切削比常规切削要高。相反,动态刚度,振动切削要比常规切削低的多。这就是为什么振动切削会有那么多的优点,特别是在微加工方面,振动切削比常规切削取得的切削精度更高。4加工实验4.1实验装置图4实验装置示意图图4显示实验装置示意图,建立了二维振动切削坐标,在机床的小型工作台上组成了XYZ三轴系列,X轴Y轴分辨率为1μm,而Z轴分辨率柱为0.17μm。二维振动切削的加工工具固定安装在工具栏上的滑块上,而常规切削的切切削工具是直接固定安装。还包括测量切削里流失的测功机和差距传感器。4.2切削条件切削参数即切削深度和进给速度,二者的选择标准不尽相同,而振动参数则根据传统加工振动加工压力推力压力推力动态刚度11.93116.749.065.77静态刚度1.434.442.103.93振动发生器的物理特性选定。表2二维振动加工的条件刀具人造金刚石工件黄铜切削条件切削深度1,1.25,2,3,4,5µm进给速率0.5,1,2,3mm/sec振动条件相位45°频率1kHz幅度5µm5实验结果5.1切削力与金刚石工具的弧180°,进给速度为1㎜/秒,与切削深度为1〜5㎛,切削力调查期间切割。数字5(a)项和第5(b)分别显示了主要和推力切削力和振动的常规图5切削力压力,推力虽然各级切削力的传统的切割几乎恒定的一些噪声,振动切削那些定期改变正弦时装。这一事实证明了模型描述在该工具逐渐降低的最深点期间,而切削深度下降到零期二。事实也证明,甚至还有一个地区的一个周期的椭圆形工具加工的推力成为负数。

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