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微细铣削表面粗糙度和残余应力的研究

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目录

微细铣削表面粗糙度和残余应力的研究

STUDY ON THE ROUGHNESS ANDRESIDUAL STRESS OFMICRO-MILLED SURFACE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题的来源及研究的意义

1.3 国内外微小型机床及微细铣削技术的研究和发展现状

1.3.1 国内外微小型机床的研究状况

1.3.2 国内外微细铣削技术的研究状况

1.4 课题主要研究内容

第2章 微细铣削试验条件

2.1 微小型机床

2.1.1 微小型机床数控系统及硬件配置

2.1.2 系统硬件机构

2.2 其他试验设备

2.3 进给系统PID 控制参数整定

2.3.1 参数整定

2.3.2 整定结果

2.4 微细铣削过程基准平面确定

2.5 本章小结

第3章 微细铣削硬铝表面粗糙度的研究

3.1 二因素析因设计

3.1.1 固定效应模型的统计分析

3.1.2 假定无交互作用时的统计分析

3.2 微细铣削参数对表面粗糙度的影响

3.2.1 表面粗糙度值的测量

3.2.2 刀具悬伸量和刀具直径对表面粗糙度的影响

3.2.3 刀具悬伸量和轴向切深对表面粗糙度的影响

3.2.4 刀具悬伸量和每齿进给量对表面粗糙度的影响

3.2.5 刀具直径和轴向切深对表面粗糙度的影响

3.2.6 刀具直径和每齿进给量对表面粗糙度的影响

3.2.7 轴向切深和每齿进给量对表面粗糙度的影响

3.3 模型适合性检测

3.4 二因素设计模型分析

3.5 本章小结

第4章 微细铣削表面粗糙度预测模型的建立与分析

4.1 中心复合设计

4.2 表面粗糙度预测模型的建立

4.2.1 模型的设定

4.2.2 因素水平编码

4.2.3 试验设计及结果

4.2.4 模型求解

4.3 表面粗糙度预测模型应用

4.4 本章小结

第5章 微细铣削薄膜残余应力的研究

5.1 微细铣削残余应力有限元仿真

5.1.1 有限元模型的建立

5.1.2 有限元计算结果

5.2 弹性合金铣削后残余应力的测量

5.2.1 残余应力检测方法

5.2.2 3J21 弹性合金薄膜残余应力检测方法的确定

5.3 微桥法

5.3.1 纳米压痕试验

5.3.2 微桥力学理论模型

5.3.3 试验结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

附录

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢

个人简历

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摘要

随着民用和国防等众多领域对微小型化产品的需求不断增加,人们开始越来越关注微小零件的设计与加工问题。微细铣削加工技术在制造复杂三维几何形状微小零件中具有重要的作用。然而,目前许多由金属材料制成的三维微小零件都是在常规尺寸的超精密机床上加工而成的,这些机床成本高、效率低、能耗大、主轴转速相对较低。而微小型机床不仅有助于提高空间利用率和降低成本,而且由于惯性减小,从而容易达到高速加工和高精度运动控制。因此,进行基于微小型机床的微细铣削表面粗糙度和残余应力的研究对实际生产和科学研究有着重要的现实意义。
  首先,本文对基于PMAC卡的微小型机床实验样机的进给系统进行了控制参数整定。由于该机床采用压电陶瓷超声电机直接驱动工作台,进给系统的定位精度对机床的加工精度影响很大。因此对机床的进给系统控制参数进行了整定,使其满足一定的要求,为后继的微细铣削试验提供了条件。
  其次,对硬铝合金LY12材料进行了一系列铣削微槽的试验。先采用二因素析因设计方法,考察了刀具悬伸量L、刀具直径D以及轴向切深ap、每齿进给量fz及其交互作用对表面粗糙度的影响规律。然后,采用响应曲面法中应用最为广泛的中心复合设计试验方法,及回归分析方法建立了铣削微槽表面粗糙度预测模型。利用该预测模型,不仅可以分析比较各参数对表面粗糙度值的影响程度,还可以在铣削前根据加工要求选定合适的铣削参数,从而达到控制优化微细铣削表面粗糙度及提高金属去除率的目的。
  最后,先通过Deform-3D有限元软件对微细铣削薄膜的过程进行动态仿真,估计其残余应力的范围。然后利用微细铣削技术制作了厚度为10μm左右的3J21弹性合金材料薄膜,并使用纳米压痕仪XP系统测量了薄膜的载荷和位移关系,结合纳米压痕法和微桥力学理论模型计算得到薄膜的弹性模量和残余应力,来验证有限元仿真结果。结果表明,利用微桥法测量微细铣削薄膜的测量方法是可行的。

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