數(shù)控立車進給系統(tǒng)及其平衡結構設計【說明書+CAD】

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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 原 文 題 目： Microthreading in Whirling 原 文 來 源： ASME美國機械工程師學會期刊 學 生 姓 名： 馬鑫 學 號： 231120522 所在院(系)部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機械設計制造及其自動化 微螺紋的旋風式加工 旋風式切削用于細軸微螺紋的加工，為此，開發(fā)了微型旋風式切削設備。為了抑制工件的振動，細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系統(tǒng)進行了頻率分析。由于開封的夾持系統(tǒng)減小夾持力的振動，系統(tǒng)動態(tài)響應得到改進。應用開發(fā)的機床，在0.3mm直徑的不銹鋼絲軸上加工出表面質量較好的三十微米寬的微槽。 簡介 微螺釘用于機械接頭和運動控制在微器件。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)微元件已通過化學腐蝕和能源束過程，一些生產成本和生產利率問題依然存在。更有效和靈活的流程是對于微細的大規(guī)模生產要求。微機械處理，一個替代的過程，有顯著的進展隨著微型工具和運動控制。微尺度切割、成型和注塑成型的研究最近被應用于微細[1,2]制造。螺紋旋轉，這是一個用工具的材料去除過程和工件旋轉，已應用于螺桿制造在許多機械行業(yè)，因為它是由是用硬材料制成的，是用旋轉機械加工的。刀具磨損和切屑控制方面有許多優(yōu)點，旋轉已被廣泛應用于軸承和醫(yī)療產業(yè)。莫漢和孫姆緹提出數(shù)學控制切削過程的模型和確定的工具在旋轉[ 4 ]的配置文件。提出了一個完整無缺的模型芯片形狀來估計最大芯片的切削力厚度和刀具工作接觸長度。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。測量切削力分量與非接觸旋轉工具測功機與測量使用有限元分析工具，變形和模擬力亞當斯[ 7 ]。郭等。還分析了刀具的加工角在旋轉[ 8 ]。雖然旋轉是有效的線程，在大直徑軸上的螺絲是一般的加工。這項研究適用于旋轉的細線切割細線微機械裝置。本文首先提出了一個概述旋轉過程及其加工優(yōu)勢?；谛L機構，微旋轉機床一直開發(fā)的細線上加工微螺釘。因為薄絲的剛度和阻尼較低，夾緊設備也被開發(fā)，以支持電線。振動試驗已經進行了驗證改進的動態(tài)工件與夾持裝置的響應。微螺釘已在0.3mm直徑鈦加工合金和不銹鋼絲，表面精細，使用發(fā)達機床。一種機械模型描述獲得。 刀具 圖：1螺紋旋轉 空心電動機 Y軸 空心電動機 旋轉軸 工件 圖2：microwhirling機床 在切削參數(shù)切削厚度。這個切削厚度進行驗證其效果的螺紋薄絲旋風。 旋轉 旋轉是應用于機械螺絲的組合工具和工件的旋轉，如圖1所示。切割工具固定在旋轉環(huán)上的半徑，以及環(huán)的旋轉在角速度XT。隨著工件半徑RW在與在旋轉環(huán)旋轉角速度XW偏心電子控制著切割的深度。在旋轉的在低轉速下旋轉工件被切割切割邊旋轉的高轉速。螺絲的鉛由旋轉環(huán)的傾斜和進給速度控制關于工件軸。在車削一個小直徑的工件時，切削速度受到限制要低的最大限度的主軸轉速，作為結果，表面光潔度變差。在旋轉，切割速度是由旋轉半徑和旋轉控制在旋轉環(huán)的切削工具率XT。因此，表面可以在一個細的電線上完成，即使是高的切削速度雖然最大主軸速度是有限的。因為工具和工件旋轉偏心中心，切削和非切削的交替旋轉。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算模型。切削力，因此，變得很小，在中斷切割。因為刀具磨損取決于應力和溫度[ 9 ]，刀具磨損被抑制。因此，很難把材料是用長工具加工的，生活在旋轉的。因為在旋轉，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：安裝在旋轉環(huán)上的工具 因此，一個精細的表面沒有刮傷的芯片完成工件上。 微旋轉機床 機床結構。圖2顯示了microwhirling用于線徑較低的薄絲機1mm。工件裝夾在夾頭兩空心電機。一個電機安裝在兩個線性階段（x0和y0軸）對工件的直線度進行調整，對工件夾緊 到旋轉環(huán)的進給。電機旋轉的工具旋轉環(huán)。旋轉電機（軸）控制的傾向旋轉環(huán)；三線性階段（X，Y，和Z軸）控制切削位置和旋轉環(huán)的進給。旋轉的旋轉環(huán)和工件同時控制，與電機的最大主軸轉速4000轉。切割工具被夾緊在旋轉環(huán)上，如圖所示圖3。因為工具邊緣對齊對 加工精度，刀具的懸進行一設備如圖4所示。工件夾在相對的夾頭，如圖5所示（一）。工件振動發(fā)生薄絲的剛度很低，切割被中斷了旋轉過程。為了支持工件，緊密貼合聚氨酯管被滑到它，一個到每邊的切割區(qū)域。這些都是在一個支持的金屬槽鉗位酒吧，并通過旋轉的環(huán)，如圖5（b）。這為工件提供了很高的剛度和阻尼。 夾緊工件的動態(tài)響應。動力響應進行了測試，以驗證該支持系統(tǒng)的有效性，如圖6所示。薄絲的位移不被測量，因為測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進行比較三當產生沖擊力時，不同的夾緊條件在電線的中心。一個0.49n自重掛從線的線。脈沖產生的切割燃燒火焰的線。由此產生的振動在夾緊用壓電測功儀測量。圖7比較了（軸向）和垂直（垂直）組件夾緊力振動，如圖6所示。圖7（一） 圖4：邊對齊調整 配套設備 空心電動機 工件 彈簧夾頭 彈簧夾頭 空心電動機 聚氨酯管 刀具 配套設備 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 壓電測力計 工件 支撐桿 砝碼 工件 支撐桿 圖6：脈沖響應測試 零件 圖7：夾緊力振動：（一）不配套的電線，（二）鋼絲固定在配套設備，（三）鋼絲固支與聚氨酯管配套設備 圖8：頻率分析：（一）無支撐線的電線，（二）線夾持在支護裝置，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。大振幅在γ和x分量的測量和振動繼續(xù)很長一段時間。圖7（乙）顯示振動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導線的振動。小幅度測量的振動和高阻尼。圖8比較的頻率分量的振動。一個大組件在730赫茲出現(xiàn)在自然振動的薄電線，如圖8所示（一）。支撐桿降低了這一條轉移到更高的頻率為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，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，在旋轉過程中切削厚度這里考慮。宋與左提出了一個模型來獲得切削厚度一般在旋轉的過程[ 6 ]。在線在這項研究中，在這項研究中的切割，一個模型是沒有傾斜角旋轉的描述戒指在這里。在模型中，只有軌跡的切割點在切削刃的中心進行了討論。忽略工具幾何。工具邊緣運動。工件以角速度旋轉XW在實際切削，如圖9所示（一）。在模 圖9：旋風加工：（一）實際切削過程中旋轉和（二）分析模型的旋轉 型中，同時，工件不旋轉。相反，中心在半徑為半徑的工件上繞工件旋轉的工具角速度XW在相反方向旋轉的工具方向，如圖9所示（乙）?！皔”是參考坐標工件的系統(tǒng)，在那里的起源，哎喲，y是工件中心。x0 y0 z0是––工具坐標系繞流和沿工件軸線，Z.然后，該工具在坐標系的角速度下旋轉系統(tǒng)–y0 z0–x0。坐標（x0，y0，和Z0）一點P在邊緣的變化隨著切削時間t 在你的角度位置的切削刃。例如，當四個邊被安裝在旋轉環(huán)上時，角是0，P 2，P，和3P / 2，分別。旋轉方向是順時針方向圖9。因為起源的x0 y0 z0––繞流在工件的中心半徑在逆時針角速度XW和移動沿Z軸的進給速度F，P點的邊上是 當磷的旋轉半徑在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，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Q1。在地區(qū)B–C，切削厚度由P和A點Q2前角的軌跡的前角的c是差異之間的角位置的美國為例 工件 刀具 圖10：切削區(qū) 被安裝在旋轉環(huán)上，角為2。因為Q1或Q2位于OTP的延長線，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T C = xttdt時間 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）。因為進料沿Z軸是一個非常小的，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在螺絲在0.3mm直徑鋼絲加工。 時間 未經切割切削厚度 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：工件表面的刀具運動軌跡：（一）在四分之一的工件和（二）放大 圖13：機械加工實例：（一）例1，（二）例2，和（三）例3 工件轉速為0.5轉四刀具，安裝在旋轉環(huán)上，在旋轉半徑3000轉的旋轉14毫米。進給速度為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）顯示一個季度工件。在這個規(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系。這個切削厚度的增加在高變化率在時間（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位點之間的關系工具。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削減。切削厚度是30流明在第一次接觸到工件的邊緣，因為切削厚度只取決于地區(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比“最小切屑厚度”，因為分析切削厚度，0.02376流明，比最小的芯片體積更小厚度，預計將發(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的參數(shù)厚度。 表1切削參數(shù) TiAin涂層 硬質合金刀具 不銹鋼 不銹鋼 潤滑 部分深度 進給速度 刀具主軸轉速 刀具旋轉直徑 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 掃描長度 圖14：表面輪廓：（一）三維圖像 切削試驗 圖13顯示了在鈦無旋轉的例子合金（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螺絲削減四個邊。雖然對齊的四個邊緣被控制在徑向方向，如圖4所示，軸向方向上有對準誤差。這導致鋸齒。圖13（乙），例如2顯示一個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量。毛刺的形成在一個高度為10的LM在槽的左側觀察，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。這個提出了旋轉還使一個高鉛螺桿加工在一個進給速度為2毫米/轉（1毫米/分鐘），如圖3圖13（丙）。因為切削速度取決于旋轉的直徑在旋轉環(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/分鐘在刀具旋轉直徑14mm和主軸轉速3000轉。在車削時，主軸轉速為140056轉需要為0.3mm直徑相同的切削速度工件。在旋轉的槽形狀是一致的芯片粘連。這些例子證明，旋轉是在微線程的支持裝置有效工件的。 結論 旋轉已應用于薄的微螺釘加工電線。在旋轉的切割，工件和工具旋轉他們中心的偏心。因為材料被移除在一個小批量的高速切削速度，旋轉的優(yōu)勢在表面光潔度，刀具磨損，和芯片控制相比車削。一個microwhirling機床已開發(fā)加工上的溝槽直徑小的細導線超過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，將其插入一個緊密裝配的聚氨酯管。已經進行了動態(tài)響應測試驗證支撐系統(tǒng)的效果。振幅和夾頭的夾緊力的振動頻率測量時，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。一個機械模型應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。因為一個高切削速度可以保持刀具的旋轉半徑，無粘連的芯片表面光潔度提高。在提出的加工實例，切削厚度遠小于槽深。因為沒有切屑厚度與切削力、規(guī)定溝槽的深度是產生一個小的切削力，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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