机械专业外文文献翻译-外文翻译--二维振动切削的微加工特征 中文版

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 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。假设是常数， 刀具轨迹方程如下所示： X=A )+=A. 决于信号的 相移 ，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 1移为 45 ，两轴 振幅的 约 5 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 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 ， X 轴 Y 轴 分辨率为 1 m ，而 辨率 柱 为 m 。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。 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 态刚度 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， 2， 3， 4， 5m 进给速率 1， 2， 3mm/动条件 相位 45 频率 1度 5m 5 实验结果 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。 图 6：传统切削与二维振动切削切削力对比图 显示比较平均切割 1 至 5 切削深度。主要力量 在振动切削不等 根据切削深度，这是大约一半多为传统的切割。 虽然几乎为零的振动切削。它是认为小得多的切削力振动切削的主要原因是润 滑 - 间歇性的工具所提供的振动之间的工具和芯片。 面粗糙度的影响，振动切削表面粗糙度研究了不同深度的切割或切割 速度与金刚石工具的弧 180 。 图 7：不同切削深度的表面粗糙度对比 显示了比较影响切削深度的振动切削与常规切削。表面粗糙度传统的切割以下波动有点深度截止 2 。这或许是因为不稳定的切削如耕作由于过于浅切削深度，相比，该工具刃口半径。振动切削， 然而，表面粗糙度是稳定的，即使在该区域的不到 2 ，并优于常规切削 图 8：传统切削与二维振动切削表面粗糙度对比 表面粗糙度对常规切削恶 化作为切削速度增加，而振动切削它几乎是改善和独立的切削速度。 此外，在切削速度 2 /秒，表面粗糙度成为更接近理论值。 刺 的影响 振动切削毛刺是关于调查时，切削 1 厚的黄铜板一个边缘金刚石工具的弧90 。由于 新一代的毛刺已知是密切相关的深度切，而不是切削速度 5 ，切削深度为不同而切削速度保持在 1 /秒。 毛刺 传统加工 5 分钟后的表面毛刺 图中 显示比较一侧有毛刺产生的边缘加工表面。在传统的切割，形成厚厚的毛刺在深度削减 5 ，而在振动切削，毛刺很难发现在切削深度的5 0 片 传统加工芯片 二维振动加工芯片 二维振动切削的切屑边缘 图 9：芯片对比 显示芯片的比较所产生两个切割模式。随着切削深度不断在 1 米，这种芯片制作的常规切割 。 变化的连续式剪切类型切削速度的增加。振动切削，这种芯片是连续型的整个范围速度。此外，该芯片的连续振动切割是由许多小层，这是不同于常规的切割。层被认为是形成由于定期工具振动。一般情况下，连续芯片导致高表面 质量。另一个芯片功能的振动切削是芯片厚度的变化根据工具振动动议，以及最薄部分的芯片很可能是撕下。图。第 10 （ c ）显示的眼泪在定期间隔芯片边缘的振动切削。 形 轮廓 图 11：二维振动切削的加工件表面轮廓 由于振动运动，和低频率波是由于 60电力噪声诱导通过信号放大器。虽然噪音一级约 8V （图 11 （ a ）项）减少到低于 1V 的（图 11 （ b ）段） ，噪音的影响依然存在。 图（三）显示，模拟机加工表面轮廓以同样的电力噪声在图 11 （ b ）项。字母 a 比较图 11 （ b ）和 11 （ c ）的证明， 无电源的噪音，振动运动的工具将是唯一的主导因素确定加工表面形貌。 6 。结论 二维振动使用两种机制压电致动器的设计及其性能微加工进行了研究比较传统的切割。得出的结论是二维振动切割有许多优点超过常规切削。 其优点如下： （ 1）工件的动刚度的 增加 （ 2）平均切削力的水平降低。 （ 3）减少一半至三分之一的主应力 （ 4）切削 推力 几乎为零 （ 5）表面粗糙度提高了多达 3 （ 6） 毛刺 的数量大大减少 参考资料 1阿布拉姆斯卢卡 超精密加工 的参考数据 二卷， 第 1 期， 69，1992 2中村平二 精密加工 振动切削 基础与应用 ， 34 1991 3 安东焕 研究椭圆 振动切削 鉴 ，第二卷 ， 35 1994 4 松上田俊椭圆振动切削 第二卷 第 8期， 115 5 韩石林 刺和形状扭曲微沟的光学元件 1996 年年度阿斯佩会议， 4961996 。