微細銑削機床研制及硬脆性材料切削實驗研究.pdf

1、微細銑削加工是一種能夠實現(xiàn)三維復雜特征超精密加工的技術,而具有良好運動特性的微銑削數(shù)控機床則是實現(xiàn)這一先進切削加工技術的必備條件。為此,本課題以微細銑削數(shù)控機床的整體設計和搭建展開研究,以微細銑削實驗為輔助手段對其進行驗證并對硬脆性材料的加工工藝進行實驗研究。
　　針對微細加工特征尺寸較小的特點,本課題將微細銑削機床設計為微小型桌面銑床,桌面銑床不僅節(jié)約空間、節(jié)約能源,而且對加工精度的提高有很大的優(yōu)勢。此機床采用了開放式的數(shù)控系統(tǒng)

2、,運動控制器采用了美國 Delta Tau公司系統(tǒng)級 UMAC運動控制器,UMAC是擁有內置 I/O和電源以及完整外殼的專業(yè)控制器。同時,這款控制器擁有高速USB、Ethernet、MACRO標準的通訊系統(tǒng)和上位機進行通訊,最大限度的滿足了控制器對于性能擴展的需求。采用高精度直線電機作為驅動方式,有效地避免了傳統(tǒng)數(shù)控機床中旋轉電機加滾珠絲杠帶來的死區(qū)誤差。分辨率達5nm的雷尼紹光柵尺作為位置反饋元件使整個控制系統(tǒng)構成了全閉環(huán)控制,大大提

3、高了數(shù)控機床的加工精度。機床搭建完畢之后通過PID調試和激光干涉儀對其定位精度補償,更加完善了機床的性能,其精度達到了亞微米級。
　　在微細加工中最小切除厚度機理分析基礎之上,在延展性材料上進行了微細銑削實驗,通過比較進給速度和軸向切深對黃銅表面粗糙度的影響規(guī)律,同時驗證了本研究所研發(fā)的小型桌面微細銑削機床。
　　分析了單晶硅的物理特性,確定了刀具及切削液,對單晶硅材料進行了微細銑削實驗研究。選取進給速度和有無切削液為實驗因

4、素,基于以前的研究基礎設定了進給速度,進行了二因素全水平實驗。借助白光干涉儀對表面粗糙度進行了分析。
　　利用方差分析方法對各實驗因素對表面粗糙度的影響規(guī)律及各因素對實驗結果影響的主次順序進行了分析,實驗結果顯示,進給速度越大,表面粗糙度越差;有切削液對單晶硅銑削加工的表面質量要好于無切削液的干切削;有無切削液對表面質量的影響要大于進給速度對表面質量的影響;脆-塑性轉變(延性域切削)在一定的切削條件下可以實現(xiàn)。通過總結實驗,為后續(xù)