微米和中间尺度机械制造

微米和中间尺度机械制造的概念源于对广泛材料范围内的精密三维微米和中间尺度零件日益增长的需求。微米和中间尺度零件是指尺寸在0.01～10mm范围的微小零件,因而处于基于微电子的MEMS技术与传统的机械加工技术之间的领域。然而,目前的设备性能和尺寸计量方法生产单个微米和中间尺度零件的能力已经显示出局限性。因此,许多研究者正在探索有关新的或传统的机械制造技术在该尺度的应用问题。基于美国国家科学基金会主办的微米和中间尺度机械制造专题讨论会,介绍了日渐显现的微米和中间尺度机械制造技术的背景和现状,讨论了其应用的科学、技术和商业化挑战,以及其有效开展和实现的主要使能技术,给出了需要广泛研究与发展的几个主要方面问题。最后,提出了开展和证明微米和中间尺度机械制造可行性研究比较有希望的方法和策略。以此希望能对我国微米和中间尺度机械制造技术领域的研究有所启迪。

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。

微小型化机床的研制

研制了一台微小型化的机床试验台,本体尺寸为300×150×165mm3.该试验台采用了商品化的微型工作台、高速空气涡轮主轴、直线型超声电机和基于PC的控制卡.给出了初步的试验结果,包括加工的直槽、圆、薄壁和人脸,以及槽底的表面粗糙度.

微型化制造设备与微型制造系统

介绍了微型机床与微型工厂概念提出的背景和科学意义 ,综述了目前微型工厂 /微型制造系统的研究发展概况 ,探讨了制造设备与系统微型化的关键问题 ,指出了一些需要开展的研究方向 ,并提出了几项建议。

微型机床的结构动态特性分析

利用有限元和实验的方法,对微型机床试验台进行了结构动态特性分析。通过实验测试数据与理论计算结果对比分析,验证了有限元模型的合理性,并对测试及计算中造成误差的因素进行了讨论,为后续的微小型化机床系统动力学研究奠定基础。

微细铣削毛刺形成研究

微细铣削是在广泛材料范围内制造精密三维微小零件的一种柔性的、经济的加工方法,微细铣削的主要问题之一是有毛刺产生,对微细铣削过程中毛刺的形成及其影响因素进行实验研究与分析,得到微细铣削过程中各因素对毛刺形成影响的一般规律,在此基础上,通过合理地选择切削参数以及刀具路径规划,达到减小毛刺的目的。

基于FLUENT软件的多孔质静压轴承静态特性的仿真与实验研究

将计算流体力学中的FLUENT软件成功地引入到多孔质静压轴承研究领域。该软件对边界条件、计算模型、控制参数及网格质量方面都有严格要求。本文应用该软件对多孔质静压径向轴承进行了三维流场的计算,得到了气体在多孔质静压轴承中的压力变化图像及轴承承载能力的数据,进而可以根据承载能力计算轴承的静态刚度。最后在自行研制的实验台上对仿真结果进行实验验证。

超声电机在微小型机床进给系统中的应用

利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术。超声电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,与传统的电磁电机相比具有许多优点。文章介绍一种由超声电机直接驱动的微小型机床进给系统,对机床进给系统的定位精度和伺服刚度进行了实验分析。同时,利用该微小型机床加工了一个20μm×450μm×7000μm的薄壁结构。这些实验结果表明,超声电机应用于微小型机床进给系统是可行的。

微细切削与微小型化机床

介绍微细切削的可行性、优点及其应用前景。概述机床微小型化的可行性、优点以及研究进展。指出通过微小型化 机床以大规模并行的方式集成微型制造系统,将是一种有希望的技术方法。同时,简要探讨了机床微小型化的有关问题。

微细铣削应力场和温度场的有限元模拟

采用有限元方法对微细铣削过程进行模拟,采用Johnson-Cook热力耦合模型作为工件材料模型,采用Johnson-Cook的剪切失效法则作为工件材料的失效准则,采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分,刀具与工件间的摩擦采用滑动摩擦区和粘着摩擦区相结合的修正库仑定律。通过有限元分析,得到不同切削速度和刀具切削刃钝圆半径条件下形成切屑时的刀具旋转角度、不同每齿进给量条件下的应力场和温度场。分析结果为微细铣削机理的进一步研究奠定基础。

双人旅游潜水器结构设计问题

本文探讨了双人潜水器结构的设计原则和方法。针对这种潜水器的经济性要求高且不规则壳体大开孔的特点，通过结构受力分析提出了合理的结构及开孔加强方式、壳体厚度的确定、大开口后的稳定性分析、观察窗结构设计及开孔加强计算。经过对某型艇的实际应用、实艇测试，表明本文的设计方法对类似结构设计具有指导和参考价值。

制造设备与系统的微型化技术

微型工厂是小型产品制造系统的一个创新概念。本文介绍了微型工厂概念提出的背景和科学意义 ,阐述了目前微型工厂 /微型制造系统的研究发展概况 ,探讨了制造设备与系统微型化技术的关键问题 ,并且提出了一些需要开展的研究方向。

超精密机床研究现状与展望

对国内外超精密机床研究现状和进展进行综述,对超精密机床技术发展趋势进行展望,分析我国在超精密机床研究领域存在的主要问题以及与国外的差距,提出我国超精密机床领域基础研究、技术及产业发展策略与对策.

微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的实验研究

由于微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)在微小零件加工中存在不足,微细铣削加工作为一项补充技术正在日益受到人们的重视。介绍了研制的微型精密三轴联动立式铣床(300 mm×300 mm×290 mm)的系统构成,开发了中文控制软件并集成了视频采集系统,此设备在薄膜型工件(膜厚65μm)的微槽加工中取得了满意的效果(膜厚方向上材料去除率90.7%,成品率大于80%)。对微径端铣刀进行了力学特性分析,并通过刀具磨损试验分析了微径硬质合金TiA1N涂层及非涂层铣刀的磨损机理。最后通过槽铣硬铝2A12的试验研究了切削用量(主轴转速、背吃刀量和每齿进给量)对微细铣削力的影响,为微细铣削切削机理的深入研究奠定了基础。

面向微小零件加工的微细切削技术

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨损方面的机理问题并指出了微细切削今后应当着重解决的技术难点。

基于隐Markov模型的微径铣刀磨损监测

以微径铣刀磨损程度的识别为研究对象,考虑可能出现的单齿切削现象,建立了刀具磨损的隐Mark-ov模型。模型首先判断刀具在稳态切削情况下是否出现单齿切削现象,随后以小波分解的方式分别提取切削力特征。通过Fisher线性判别提取8个最优的切削力特征,作为隐Markov模型训练的输入向量。对于多组切削参数为单齿切削和两齿交替切削,分别训练三个不同磨损阶段的隐Markov模型,用以识别刀具真实磨损状态,并通过Euclidian线性判别确定最适应的识别模型。实验结果表明,该方法能够准确识别微径铣刀磨损状态,准确率在85%左右。

狭缝和气膜尺寸对气浮陀螺仪涡流力矩的影响

为提高气浮陀螺仪漂移精度,采用有限元方法,研究狭缝宽度和浮子轴颈气膜厚度对气浮陀螺仪承载力、刚度以及涡流力矩的影响。结果表明,节流狭缝宽度和气膜厚度对气浮轴承承载力、刚度和涡流力矩等特性影响显著。在狭缝宽度为5～15μm和气膜厚度为10～30μm的区间内,通过分析两者的数值对气浮陀螺仪刚度和涡流力矩的影响,得到狭缝宽度和气膜厚度的合理匹配关系。并考虑加工难易程度以及制造误差对涡流力矩的影响,得出合理的数值匹配,即狭缝宽度为7～8μm和轴颈气膜厚度为15～18μm。

影响空气静压多孔质止推轴承静态性能的因素

在对多孔质气体静压轴承分析时 ,多孔质材料内部的惯性效应以及多孔质轴承表面的速度滑移对所建立的简化数学模型的应用是一个很大的障碍 .因此采用一种分解的方法来分析空气在多孔质止推轴承内部的非线性流动即不同种类的流动机理即考虑空气压缩性和一定范围内的惯性效应 .实验结果表明多孔质表面的速度滑移并不遵守Beaver模型 ,但是可以通过附加等效间隙来大致估计 .

微细铣削铅黄铜时微径铣刀的损伤研究

采用TiA lN涂层硬质合金微径铣刀在微小型机床上对铅黄铜(HPb63-3)工件进行了微细铣削加工试验研究,全面分析了微刀具的磨损、破损形态及磨损失效机理.结果表明:在微细铣削加工条件下,微径铣刀主要失效与磨损区发生在刀尖部位,刀具的磨损与破损形态呈现显著的尺度效应.微细铣削铅黄铜材料时,微刀具的主要失效形式表现为涂层剥落与刀尖破损;主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损等损伤机制.刀具与工件之间存在着扩散作用,但并不是引起刀具磨损的主要原因.

微径球头铣刀铣削力建模与仿真

以微径球头铣刀铣削力为研究对象,分析了刀具刃线模型。将刀具沿刀轴方向离散为若干切削单元,分别依照单齿切削及两齿切削求得各切削单元的实际瞬时切削厚度。基于实体造型的方法提取了参与切削的切削刃段,并通过实验识别了瞬时切削力系数及主轴径向跳动参数,建立了综合考虑主轴径向跳动、微细铣削所特有的尺度效应的影响及可能出现的单齿切削现象的微径球头铣刀铣削力模型。实验结果验证了所提模型的有效性和可行性。