數(shù)控立車進(jìn)給系統(tǒng)及其平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 原 文 題 目： Microthreading in Whirling 原 文 來 源： ASME美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)期刊 學(xué) 生 姓 名： 馬鑫 學(xué) 號(hào)： 231120522 所在院(系)部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 微螺紋的旋風(fēng)式加工 旋風(fēng)式切削用于細(xì)軸微螺紋的加工，為此，開發(fā)了微型旋風(fēng)式切削設(shè)備。為了抑制工件的振動(dòng)，細(xì)絲軸被插在在金屬桿上的聚氨酯管中。通過向線軸中心施加脈沖載荷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了頻率分析。由于開封的夾持系統(tǒng)減小夾持力的振動(dòng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)得到改進(jìn)。應(yīng)用開發(fā)的機(jī)床，在0.3mm直徑的不銹鋼絲軸上加工出表面質(zhì)量較好的三十微米寬的微槽。 簡(jiǎn)介 微螺釘用于機(jī)械接頭和運(yùn)動(dòng)控制在微器件。不銹鋼和鈦合金難切材料，用于醫(yī)療和牙科設(shè)備。 由于其生物相容性。雖然，到現(xiàn)在為止，大多數(shù)微元件已通過化學(xué)腐蝕和能源束過程，一些生產(chǎn)成本和生產(chǎn)利率問題依然存在。更有效和靈活的流程是對(duì)于微細(xì)的大規(guī)模生產(chǎn)要求。微機(jī)械處理，一個(gè)替代的過程，有顯著的進(jìn)展隨著微型工具和運(yùn)動(dòng)控制。微尺度切割、成型和注塑成型的研究最近被應(yīng)用于微細(xì)[1,2]制造。螺紋旋轉(zhuǎn)，這是一個(gè)用工具的材料去除過程和工件旋轉(zhuǎn)，已應(yīng)用于螺桿制造在許多機(jī)械行業(yè)，因?yàn)樗怯墒怯糜膊牧现瞥傻?，是用旋轉(zhuǎn)機(jī)械加工的。刀具磨損和切屑控制方面有許多優(yōu)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)已被廣泛應(yīng)用于軸承和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。莫漢和孫姆緹提出數(shù)學(xué)控制切削過程的模型和確定的工具在旋轉(zhuǎn)[ 4 ]的配置文件。提出了一個(gè)完整無缺的模型芯片形狀來估計(jì)最大芯片的切削力厚度和刀具工作接觸長(zhǎng)度。他們分開了切削形成的材料去除前切邊和邊切割邊，并估計(jì)切割力由有限元（有限元）分析[ 5 ]。歌與作一種基于等效切削體積的新模型在鐵的商業(yè)工具的切屑形成，[ 6 ]等。測(cè)量切削力分量與非接觸旋轉(zhuǎn)工具測(cè)功機(jī)與測(cè)量使用有限元分析工具，變形和模擬力亞當(dāng)斯[ 7 ]。郭等。還分析了刀具的加工角在旋轉(zhuǎn)[ 8 ]。雖然旋轉(zhuǎn)是有效的線程，在大直徑軸上的螺絲是一般的加工。這項(xiàng)研究適用于旋轉(zhuǎn)的細(xì)線切割細(xì)線微機(jī)械裝置。本文首先提出了一個(gè)概述旋轉(zhuǎn)過程及其加工優(yōu)勢(shì)。基于旋風(fēng)機(jī)構(gòu)，微旋轉(zhuǎn)機(jī)床一直開發(fā)的細(xì)線上加工微螺釘。因?yàn)楸〗z的剛度和阻尼較低，夾緊設(shè)備也被開發(fā)，以支持電線。振動(dòng)試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了驗(yàn)證改進(jìn)的動(dòng)態(tài)工件與夾持裝置的響應(yīng)。微螺釘已在0.3mm直徑鈦加工合金和不銹鋼絲，表面精細(xì)，使用發(fā)達(dá)機(jī)床。一種機(jī)械模型描述獲得。 刀具 圖：1螺紋旋轉(zhuǎn) 空心電動(dòng)機(jī) Y軸 空心電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)軸 工件 圖2：microwhirling機(jī)床 在切削參數(shù)切削厚度。這個(gè)切削厚度進(jìn)行驗(yàn)證其效果的螺紋薄絲旋風(fēng)。 旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)是應(yīng)用于機(jī)械螺絲的組合工具和工件的旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。切割工具固定在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的半徑，以及環(huán)的旋轉(zhuǎn)在角速度XT。隨著工件半徑RW在與在旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)角速度XW偏心電子控制著切割的深度。在旋轉(zhuǎn)的在低轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)工件被切割切割邊旋轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速。螺絲的鉛由旋轉(zhuǎn)環(huán)的傾斜和進(jìn)給速度控制關(guān)于工件軸。在車削一個(gè)小直徑的工件時(shí)，切削速度受到限制要低的最大限度的主軸轉(zhuǎn)速，作為結(jié)果，表面光潔度變差。在旋轉(zhuǎn)，切割速度是由旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)控制在旋轉(zhuǎn)環(huán)的切削工具率XT。因此，表面可以在一個(gè)細(xì)的電線上完成，即使是高的切削速度雖然最大主軸速度是有限的。因?yàn)楣ぞ吆凸ぜD(zhuǎn)偏心中心，切削和非切削的交替旋轉(zhuǎn)。因此，由于冷卻過程中的溫度上升空，工具邊緣不那么高。材料的去除量也被控制要小，如切削厚度后來描述計(jì)算模型。切削力，因此，變得很小，在中斷切割。因?yàn)榈毒吣p取決于應(yīng)力和溫度[ 9 ]，刀具磨損被抑制。因此，很難把材料是用長(zhǎng)工具加工的，生活在旋轉(zhuǎn)的。因?yàn)樵谛D(zhuǎn)，芯片上執(zhí)行中斷的切割形成是間歇的，形成的芯片是短。 刀具 圖3：安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的工具 因此，一個(gè)精細(xì)的表面沒有刮傷的芯片完成工件上。 微旋轉(zhuǎn)機(jī)床 機(jī)床結(jié)構(gòu)。圖2顯示了microwhirling用于線徑較低的薄絲機(jī)1mm。工件裝夾在夾頭兩空心電機(jī)。一個(gè)電機(jī)安裝在兩個(gè)線性階段（x0和y0軸）對(duì)工件的直線度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)工件夾緊 到旋轉(zhuǎn)環(huán)的進(jìn)給。電機(jī)旋轉(zhuǎn)的工具旋轉(zhuǎn)環(huán)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)（軸）控制的傾向旋轉(zhuǎn)環(huán)；三線性階段（X，Y，和Z軸）控制切削位置和旋轉(zhuǎn)環(huán)的進(jìn)給。旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)環(huán)和工件同時(shí)控制，與電機(jī)的最大主軸轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)。切割工具被夾緊在旋轉(zhuǎn)環(huán)上，如圖所示圖3。因?yàn)楣ぞ哌吘墝?duì)齊對(duì) 加工精度，刀具的懸進(jìn)行一設(shè)備如圖4所示。工件夾在相對(duì)的夾頭，如圖5所示（一）。工件振動(dòng)發(fā)生薄絲的剛度很低，切割被中斷了旋轉(zhuǎn)過程。為了支持工件，緊密貼合聚氨酯管被滑到它，一個(gè)到每邊的切割區(qū)域。這些都是在一個(gè)支持的金屬槽鉗位酒吧，并通過旋轉(zhuǎn)的環(huán)，如圖5（b）。這為工件提供了很高的剛度和阻尼。 夾緊工件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試，以驗(yàn)證該支持系統(tǒng)的有效性，如圖6所示。薄絲的位移不被測(cè)量，因?yàn)闇y(cè)量面積是小的和圓形。因此，振幅和頻率夾頭的夾緊力的振動(dòng)進(jìn)行比較三當(dāng)產(chǎn)生沖擊力時(shí)，不同的夾緊條件在電線的中心。一個(gè)0.49n自重掛從線的線。脈沖產(chǎn)生的切割燃燒火焰的線。由此產(chǎn)生的振動(dòng)在夾緊用壓電測(cè)功儀測(cè)量。圖7比較了（軸向）和垂直（垂直）組件夾緊力振動(dòng)，如圖6所示。圖7（一） 圖4：邊對(duì)齊調(diào)整 配套設(shè)備 空心電動(dòng)機(jī) 工件 彈簧夾頭 彈簧夾頭 空心電動(dòng)機(jī) 聚氨酯管 刀具 配套設(shè)備 圖5：工件夾緊系統(tǒng)：（一）工作區(qū)域和（二）工件支承裝置 彈簧夾頭 壓電測(cè)力計(jì) 工件 支撐桿 砝碼 工件 支撐桿 圖6：脈沖響應(yīng)測(cè)試 零件 圖7：夾緊力振動(dòng)：（一）不配套的電線，（二）鋼絲固定在配套設(shè)備，（三）鋼絲固支與聚氨酯管配套設(shè)備 圖8：頻率分析：（一）無支撐線的電線，（二）線夾持在支護(hù)裝置，和（三）鋼絲固定在支撐裝置上，用聚氨酯管 沒有支撐裝置的自然振動(dòng)。大振幅在γ和x分量的測(cè)量和振動(dòng)繼續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。圖7（乙）顯示振動(dòng)沒有聚氨酯管支撐的金屬桿限制了工件。的幅度被限制接觸的槽在支撐桿上。該振動(dòng)持續(xù)1秒左右，可能在圖7（三），支持與聚氨酯管是有效的控制細(xì)導(dǎo)線的振動(dòng)。小幅度測(cè)量的振動(dòng)和高阻尼。圖8比較的頻率分量的振動(dòng)。一個(gè)大組件在730赫茲出現(xiàn)在自然振動(dòng)的薄電線，如圖8所示（一）。支撐桿降低了這一條轉(zhuǎn)移到更高的頻率為982赫茲，如圖8（乙）。圖8（碳）顯示，支持與聚氨酯管安裝在支撐桿消除任何突出組分。根據(jù)模型試驗(yàn)，所開發(fā)的支持系統(tǒng)工作很好。 切削厚度分析 工件 刀具 切除區(qū)域 刀具 工件 刀具軌跡 切削試驗(yàn)，在旋轉(zhuǎn)過程中切削厚度這里考慮。宋與左提出了一個(gè)模型來獲得切削厚度一般在旋轉(zhuǎn)的過程[ 6 ]。在線在這項(xiàng)研究中，在這項(xiàng)研究中的切割，一個(gè)模型是沒有傾斜角旋轉(zhuǎn)的描述戒指在這里。在模型中，只有軌跡的切割點(diǎn)在切削刃的中心進(jìn)行了討論。忽略工具幾何。工具邊緣運(yùn)動(dòng)。工件以角速度旋轉(zhuǎn)XW在實(shí)際切削，如圖9所示（一）。在模 圖9：旋風(fēng)加工：（一）實(shí)際切削過程中旋轉(zhuǎn)和（二）分析模型的旋轉(zhuǎn) 型中，同時(shí)，工件不旋轉(zhuǎn)。相反，中心在半徑為半徑的工件上繞工件旋轉(zhuǎn)的工具角速度XW在相反方向旋轉(zhuǎn)的工具方向，如圖9所示（乙）?！皔”是參考坐標(biāo)工件的系統(tǒng)，在那里的起源，哎喲，y是工件中心。x0 y0 z0是––工具坐標(biāo)系繞流和沿工件軸線，Z.然后，該工具在坐標(biāo)系的角速度下旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)–y0 z0–x0。坐標(biāo)（x0，y0，和Z0）一點(diǎn)P在邊緣的變化隨著切削時(shí)間t 在你的角度位置的切削刃。例如，當(dāng)四個(gè)邊被安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上時(shí)，角是0，P 2，P，和3P / 2，分別。旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針方向圖9。因?yàn)槠鹪吹膞0 y0 z0––繞流在工件的中心半徑在逆時(shí)針角速度XW和移動(dòng)沿Z軸的進(jìn)給速度F，P點(diǎn)的邊上是 當(dāng)磷的旋轉(zhuǎn)半徑在X Y Z––小于工件半徑RW 因此，切削面積是通過公式確定。（2）及（3）。 切削厚度 圖10顯示的切割區(qū)域劃分為區(qū)域的一個(gè)，乙和B–C區(qū)–B，切削厚度由切割了位置P和工件表面的點(diǎn)Q1。在地區(qū)B–C，切削厚度由P和A點(diǎn)Q2前角的軌跡的前角的c是差異之間的角位置的美國(guó)為例 工件 刀具 圖10：切削區(qū) 被安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上，角為2。因?yàn)镼1或Q2位于OTP的延長(zhǎng)線，切割厚度由1或2給出。Q1或Q2的 其中n是參數(shù)決定Q1或Q2。當(dāng)材料去掉，n是大區(qū)的–B比RT，N在Q1的確定 由下面的工件表面方程和方程（4）： 其中H是在工件坐標(biāo)系中的Q1的角X Y Z––在區(qū)域中，在前角的前角的邊緣一個(gè)T C = xttdt時(shí)間 在DT是這樣確定的，Q2是OTP的延伸線。n在Q2確定滿足方程。（4）及（6）。因?yàn)檫M(jìn)料沿Z軸是一個(gè)非常小的，它忽視了n在X-Y平面。切削厚度由下式給出與確定的氮： 圖11顯示了在X–Y在切削厚度的變化飛機(jī)在螺絲在0.3mm直徑鋼絲加工。 時(shí)間 未經(jīng)切割切削厚度 圖：11 切削厚度 以前的邊緣軌跡 邊座 去除區(qū) 工件表面 以前扦插去除區(qū) 邊緣軌跡 以前的邊緣軌跡 工件表面 圖12：工件表面的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡：（一）在四分之一的工件和（二）放大 圖13：機(jī)械加工實(shí)例：（一）例1，（二）例2，和（三）例3 工件轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)四刀具，安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上，在旋轉(zhuǎn)半徑3000轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)14毫米。進(jìn)給速度為0.2毫米/分鐘的切削深度是30流明與偏心6.88毫米。圖12（一）顯示一個(gè)季度工件。在這個(gè)規(guī)模，切割面積小。圖12（乙）顯示放大的數(shù)字。切削刃滲透到工件在；通過B在最大切削厚度；從工件到乙，被拆除的區(qū)域工件表面與刀具軌跡之間的關(guān)系。這個(gè)切削厚度的增加在高變化率在時(shí)間（圖11）從 0.04128毫秒 0.04125毫秒。然后，從B到了，刪除的區(qū)域是工具和以前的兩個(gè)位點(diǎn)之間的關(guān)系工具。切削厚度逐漸減小后 0.04125毫秒，如圖11所示。這里的分析是為了削減除了第一個(gè)削減。切削厚度是30流明在第一次接觸到工件的邊緣，因?yàn)榍邢骱穸戎蝗Q于地區(qū)之間工件表面和刀具軌跡。后二的邊緣接觸，最大切削厚度不超過0.02376流明。這比那小得多30流明的螺紋深度。據(jù)研究在微切削[ 10 ]，切屑形成切削厚度時(shí)比“最小切屑厚度”，因?yàn)榉治銮邢骱穸龋?.02376流明，比最小的芯片體積更小厚度，預(yù)計(jì)將發(fā)生材料去除一些切邊。分析支持切割的選擇切削力與切削力有關(guān)的參數(shù)厚度。 表1切削參數(shù) TiAin涂層 硬質(zhì)合金刀具 不銹鋼 不銹鋼 潤(rùn)滑 部分深度 進(jìn)給速度 刀具主軸轉(zhuǎn)速 刀具旋轉(zhuǎn)直徑 刀具數(shù) 刀具前角 刀具的楔角 刀具 工件去除 工件直徑 工件 掃描線 工件 掃描長(zhǎng)度 圖14：表面輪廓：（一）三維圖像 切削試驗(yàn) 圖13顯示了在鈦無旋轉(zhuǎn)的例子合金（ti-6al-4 V）和不銹鋼絲的直徑，是0.3毫米。用單點(diǎn)工具加工的螺紋以60°為TiAlN涂層刀具材料楔角碳化物。表1顯示了使用的切削參數(shù)。圖13（a），1例顯示在表面的鋸齒在一個(gè)螺絲削減四個(gè)邊。雖然對(duì)齊的四個(gè)邊緣被控制在徑向方向，如圖4所示，軸向方向上有對(duì)準(zhǔn)誤差。這導(dǎo)致鋸齒。圖13（乙），例如2顯示一個(gè)不銹鋼螺絲切割鋼絲由一邊。圖14（一）顯示了表面輪廓沿著圖14（圖2）所指定的線路。表面輪廓是用激光共聚焦顯微鏡測(cè)量。毛刺的形成在一個(gè)高度為10的LM在槽的左側(cè)觀察，槽的深度是按規(guī)定的。它演示了有效性工件支承系統(tǒng)的高剛度。這個(gè)提出了旋轉(zhuǎn)還使一個(gè)高鉛螺桿加工在一個(gè)進(jìn)給速度為2毫米/轉(zhuǎn)（1毫米/分鐘），如圖3圖13（丙）。因?yàn)榍邢魉俣热Q于旋轉(zhuǎn)的直徑在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的工具，在高切削加工表面完成速度。這些例子中的切削速度，132米/分鐘在刀具旋轉(zhuǎn)直徑14mm和主軸轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)。在車削時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為140056轉(zhuǎn)需要為0.3mm直徑相同的切削速度工件。在旋轉(zhuǎn)的槽形狀是一致的芯片粘連。這些例子證明，旋轉(zhuǎn)是在微線程的支持裝置有效工件的。 結(jié)論 旋轉(zhuǎn)已應(yīng)用于薄的微螺釘加工電線。在旋轉(zhuǎn)的切割，工件和工具旋轉(zhuǎn)他們中心的偏心。因?yàn)椴牧媳灰瞥谝粋€(gè)小批量的高速切削速度，旋轉(zhuǎn)的優(yōu)勢(shì)在表面光潔度，刀具磨損，和芯片控制相比車削。一個(gè)microwhirling機(jī)床已開發(fā)加工上的溝槽直徑小的細(xì)導(dǎo)線超過1毫米。為了提高剛度和阻尼工件的線，它夾在夾頭，也在金屬桿上，將其插入一個(gè)緊密裝配的聚氨酯管。已經(jīng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試驗(yàn)證支撐系統(tǒng)的效果。振幅和夾頭的夾緊力的振動(dòng)頻率測(cè)量時(shí)，脈沖力被加載在中心的電線。他們展示了支持系統(tǒng)的有效性抑制振動(dòng)。一個(gè)機(jī)械模型應(yīng)用于考慮小毛邊切屑厚度。微槽群已加工0.3mm直徑鈦合金和不銹鋼絲。因?yàn)橐粋€(gè)高切削速度可以保持刀具的旋轉(zhuǎn)半徑，無粘連的芯片表面光潔度提高。在提出的加工實(shí)例，切削厚度遠(yuǎn)小于槽深。因?yàn)闆]有切屑厚度與切削力、規(guī)定溝槽的深度是產(chǎn)生一個(gè)小的切削力，與工件保持系統(tǒng)的高剛度。 工具書類 [1] Cheng, K., and Huo, D., 2013, Micro-Cutting: Fundamentals and Applications, Wiley, Hoboken, NJ. 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