前言

第1章 緒論

1.1 微細(xì)切削技術(shù)的背景

1.2 微細(xì)切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 微小型機(jī)床的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.2 微小型刀具的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.3 微細(xì)切削的試驗(yàn)、建模分析與理論研究概況

1.2.4 微細(xì)切削的工藝研究及代表性成果

第2章 微細(xì)切削區(qū)別于常規(guī)尺度切削的基礎(chǔ)理論

2.1 概述

2.2 微細(xì)切削中的尺度效應(yīng)

2.2.1 尺度效應(yīng)的概念

2.2.2 微細(xì)切削中尺度效應(yīng)的作用

2.3 微細(xì)切削中的位錯(cuò)理論

2.3.1 工件材料中的位錯(cuò)缺陷

2.3.2 位錯(cuò)理論的提出

2.3.3 微細(xì)切削過程的位錯(cuò)理論分析

2.4 非自由切削的定義及最小能量耗散理論

2.4.1 非自由切削的定義

2.4.2 最小能量耗散原理的定義

2.4.3 單元刀具切削下的最小能量耗散原理

2.4.4 最小能量耗散原理的相關(guān)檢驗(yàn)

2.5 微細(xì)切削中的非自由切削

2.5.1 單切削刃刀具的等效切削刃和排屑角

2.5.2 考慮刀尖圓弧半徑的等效切削刃和排屑角

2.5.3 非自由度系數(shù)及自由切削法

2.6 小結(jié)

第3章 微細(xì)切削模型的建立與研究

3.1 概述

3.2 微細(xì)切削的最小切削厚度

3.2 切削刃彈性回退量的計(jì)算

3.2.2 最小切削厚度的范圍

3.2.3 最小切削厚度時(shí)刀具的負(fù)前角及切削力

3.3 微細(xì)切削模型的建立

3.3.1 微細(xì)切削的切削變形區(qū)

3.3.2 微細(xì)切削的切削力計(jì)算

3.3.3 微細(xì)切削的切削力分析

3.4 切削力驗(yàn)證試驗(yàn)

3.5 小結(jié)

第4章 微細(xì)切削刀具

4.1 概述

4.2 微小型刀具的基本特點(diǎn)

4.3 微細(xì)切削刀具材料

4.4 微小型成形車刀

4.4.1 微小型零件的成形車削

4.4.2 微小型成形車刀的設(shè)計(jì)

4.4.3 微小型成形車刀的應(yīng)用

4.5 微小型切槽刀

4.6 微小型齒輪成形銑刀

4.6.1 微成形銑削齒輪零件

4.6.2 微小型齒輪銑刀主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

4.6.3 微小型齒輪銑刀齒形的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.6.4 微小型齒輪銑刀的制造

4.7 微小型齒輪滾刀

4.7.1 微小型齒輪目標(biāo)零件

4.7.2 微小型齒輪滾刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.7.3 微小型齒輪滾刀齒形設(shè)計(jì)與局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

4.7.4 微小型齒輪滾刀的加工

4.8 小結(jié)

第5章 典型微小型零件的微細(xì)切削工藝研究

5.1 概述

5.2 微細(xì)切削加工設(shè)備及刀具系統(tǒng)配置

5.3 典型微小型結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)及工藝要求

5.3.1 微小型結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)

5.3.2 微小型結(jié)構(gòu)件的工藝要求

5.4 微小型軸類零件的加工工藝研究

5.4.1 微細(xì)軸的車削加工

5.4.2 微細(xì)軸的車銑加工

5.4.3 車銑與車削工藝的對(duì)比分析

5.5 微小型板類零件的加工工藝研究

5.6 微小型齒輪的加工工藝研究

5.6.1 微小型齒輪加工工藝綜述

5.6.2 微小型齒輪的成形銑削加工

5.6.3 微小型齒輪的滾削加工

5.6.4 微小型齒輪的加工工藝對(duì)比與總結(jié)

5.7 微小型三維結(jié)構(gòu)件的加工工藝研究

5.8 小結(jié)

第6章 微細(xì)切削的表面粗糙度試驗(yàn)研究

6.1 概述

6.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法概述

6.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.2.3 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.3 試驗(yàn)設(shè)備與測量儀器

6.4 微細(xì)車削表面粗糙度研究

6.4.1 微細(xì)車削的理論表面粗糙度

6.4.2 微細(xì)車削表面粗糙度的單因素試驗(yàn)

6.4.3 基于正交試驗(yàn)方法的微細(xì)車削表面粗糙度試驗(yàn)

6.5 微細(xì)銑削表面粗糙度研究

6.5.1 微細(xì)銑削表面粗糙度的兩種預(yù)測模型

6.5.2 微細(xì)銑削表面粗糙度的兩種試驗(yàn)方案

6.5.3 微細(xì)銑削表面粗糙度的試驗(yàn)結(jié)果分析

6.6 微細(xì)車銑鈦合金的表面粗糙度試驗(yàn)研究

6.6.1 微細(xì)正交車銑的理論表面粗糙度

6.6.2 基于二次響應(yīng)曲面法的微細(xì)正交車銑表面粗糙度試驗(yàn)

6.6.3 微細(xì)正交車銑表面粗糙度試驗(yàn)結(jié)果分析

6.7 小結(jié)

第7章 總結(jié)與展望

7.1 全文總結(jié)

7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

7.3 工作展望

參考文獻(xiàn)

《微細(xì)切削技術(shù)》是在作者對(duì)微細(xì)切削技術(shù)多年的理論和試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上寫成的。全書共分七章。其中，第1章主要介紹了微細(xì)切削技術(shù)的研究背景和研究現(xiàn)狀；第2章闡述了微細(xì)切削區(qū)別于常規(guī)尺度切削的基礎(chǔ)理論，并介紹了微細(xì)切削的理論特點(diǎn)；第3章為微細(xì)切削模型的建立與研究，主要探討了微細(xì)切削的最小厚度現(xiàn)象以及正交切削模型的相關(guān)理論和計(jì)算，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)；第4章針對(duì)微細(xì)切削刀具，總結(jié)了微細(xì)切削刀具的材料及特點(diǎn)，進(jìn)行了微成形車刀、銑刀、切槽刀和微小型齒輪滾刀的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)；第5章為典型微小型零件的微細(xì)切削工藝研究，總結(jié)了微小型結(jié)構(gòu)件的典型特點(diǎn)和工藝要求，按照軸類、板類、齒輪、三維結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分類研究和試驗(yàn)；第6章是微細(xì)切削的表面粗糙度試驗(yàn)研究，分別采用單因素、正交和二次曲面響應(yīng)方法進(jìn)行了微細(xì)車削、銑削、車銑的對(duì)比試驗(yàn)研究；第7章對(duì)微細(xì)切削技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)與展望?！段⒓?xì)切削技術(shù)》主要供有關(guān)從事微細(xì)切削技術(shù)、微小型加工技術(shù)、精密制造技術(shù)的研究人員參考。

微細(xì)切削刀具作為發(fā)展微細(xì)切削和微小型系統(tǒng)的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)，是目前國內(nèi)外微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。（1）本申請(qǐng)擬在深入揭示微細(xì)切削刀具作用機(jī)制與失效機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬材料結(jié)構(gòu)件微細(xì)切削工藝中大量采用的微細(xì)銑刀、鉆頭和車銑刀的設(shè)計(jì)與制造，開展系統(tǒng)的刀具幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法，動(dòng)平衡設(shè)計(jì)理論與方法，刀具材料適配性選擇，精密磨削、聚焦離子束銑削與超短激光刻蝕成形，刀具定位強(qiáng)化與減摩改性技術(shù)研究。（2）擬從理論上闡明非自由微細(xì)切削機(jī)理、刀具作用微區(qū)的微分幾何設(shè)計(jì)原理、刀具幾何結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析、刀具摩擦學(xué)與界面電物理電化學(xué)設(shè)計(jì)理論等關(guān)鍵科學(xué)問題。（3）擬提出一種基于刃口局部強(qiáng)度和排屑規(guī)劃的微細(xì)準(zhǔn)自由切削刀具設(shè)計(jì)理論，以及微銑鉆刀具變頻磁脈沖定位強(qiáng)化處理技術(shù)，建立適用于微細(xì)切削刀具的設(shè)計(jì)理論與制造工藝規(guī)范，為開發(fā)形成具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微細(xì)切削刀具技術(shù)提供系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。

微細(xì)切削刀具作為發(fā)展微細(xì)切削和微小型系統(tǒng)的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)，是目前國內(nèi)外微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目在深入揭示微細(xì)切削刀具作用機(jī)制與失效機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬材料結(jié)構(gòu)件微細(xì)切削工藝中大量采用的微細(xì)銑刀、鉆頭的設(shè)計(jì)與制造，開展了系統(tǒng)的刀具材料適配性選擇，刀具幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法，動(dòng)平衡設(shè)計(jì)理論與方法，精密磨削和聚焦離子束銑削成形，刀具定位強(qiáng)化與減摩改性技術(shù)研究。從理論上闡明了非自由微細(xì)切削機(jī)理、刀具作用微區(qū)的微分幾何設(shè)計(jì)原理、刀具幾何結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)分析、刀具摩擦學(xué)與界面電物理電化學(xué)設(shè)計(jì)理論等關(guān)鍵科學(xué)問題。提出一種基于刃口局部強(qiáng)度和排屑規(guī)劃的微細(xì)準(zhǔn)自由切削刀具設(shè)計(jì)理論，以及微銑鉆刀具變頻磁脈沖定位強(qiáng)化處理技術(shù)，建立了適用于微細(xì)切削刀具的設(shè)計(jì)理論與制造工藝，為開發(fā)形成具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微細(xì)切削刀具技術(shù)提供了系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。

本研究以國防工業(yè)、宇航工業(yè)用微小型結(jié)構(gòu)件加工為應(yīng)用背景，系統(tǒng)開展微細(xì)切削毛刺形成及控制技術(shù)研究，主要研究工作及創(chuàng)新性成果為： 1. 基于切削實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)揭示出毛刺形成與變化基本規(guī)律 在瑞士產(chǎn)五軸加工中心（Mikron UCP800Duro）上，選用硬質(zhì)合金微細(xì)立銑刀切削6061鍛鋁和鋁合金AlSi9Cu3等，研究了切削用量、刀具幾何參數(shù)、刀面形態(tài)等對(duì)毛刺形成與變化的影響，發(fā)現(xiàn)了毛刺與虧缺形成經(jīng)歷的5個(gè)階段，揭示出毛刺形成與變化的規(guī)律。 2.建立微細(xì)毛刺形成模型，初步實(shí)現(xiàn)了毛刺形成的預(yù)報(bào) 利用Johnson-Cook (J- C) 強(qiáng)度理論，描述出工件材料Al2024-T6從低應(yīng)變率到高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)而給出了其高應(yīng)力、大應(yīng)變及高溫度場條件下的本構(gòu)關(guān)系。采用網(wǎng)格自適應(yīng)（Arbitrary lagrangian eulerian, ALE）技術(shù)對(duì)毛刺形成進(jìn)行模擬，仿真結(jié)果與實(shí)際加工基本吻合，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)銑削毛刺形成的預(yù)報(bào)。 3.基于刀具參數(shù)和切削路徑優(yōu)化，開發(fā)出主動(dòng)控制毛刺技術(shù) 根據(jù)微細(xì)切削實(shí)驗(yàn)與分析，闡述了主動(dòng)控制毛刺的精度原則、效率原則和位置原則，提出了改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整刀具參數(shù)、優(yōu)化加工工藝和切削路徑等主動(dòng)控制毛刺的技術(shù)和方法，為實(shí)現(xiàn)少無毛刺加工開辟了途徑。 4.制定毛刺評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（草案），填補(bǔ)了我國制造技術(shù)空白 在汲取德國、美國和日本等國標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范合理內(nèi)核的基礎(chǔ)上，參照現(xiàn)代機(jī)械加工零件表面質(zhì)量的要求，將毛刺精度分為12級(jí)，采用毛刺高度和厚度兩個(gè)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)毛刺。依托國家刀具檢測技術(shù)中心，提出了“切削加工毛刺檢測方法”和“毛刺評(píng)價(jià)方法”2個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)(草案) ，填補(bǔ)了我國制造技術(shù)的空白。 5.初步構(gòu)建了基于網(wǎng)絡(luò)的微細(xì)毛刺專家知識(shí)系統(tǒng) 基于ASP.NET平臺(tái)，初步搭建出網(wǎng)絡(luò)化毛刺專家知識(shí)系統(tǒng)，開發(fā)出由微細(xì)毛刺質(zhì)量知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫組成的毛刺知識(shí)專家系統(tǒng)，搭建出毛刺理論研究與工程應(yīng)用的對(duì)接平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制毛刺提供了技術(shù)支撐。 本研究初步建立了微細(xì)加工毛刺形成與控制理論，圓滿完成了課題研究計(jì)劃確定的各項(xiàng)任務(wù)。