發(fā)布時(shí)間：2020-03-24 14:28

【摘要】：橢圓振動(dòng)切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)是在振動(dòng)輔助切削基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種加工方式,不僅可以在工件表面上加工出復(fù)雜的微結(jié)構(gòu),極大地改善加工性能,還能夠有效地加工諸如鈦合金、碳化硅等硬脆性材料。切屑是切削過程中重要的產(chǎn)物,其形成過程伴隨著各種化學(xué)現(xiàn)象(如金剛石刀具石墨化)及物理現(xiàn)象(如刀具磨損、切削熱等),這些化學(xué)及物理現(xiàn)象所導(dǎo)致的切屑幾何特征變化對(duì)切削過程有著重大影響,尤其對(duì)切削過程中的切削力及工件表面質(zhì)量。然而目前對(duì)EVC切屑的研究尚不多見,多數(shù)學(xué)者僅對(duì)實(shí)驗(yàn)后的切屑進(jìn)行了簡(jiǎn)單的觀察,對(duì)EVC切屑缺乏深入的理論研究。因此本學(xué)位論文主要對(duì)EVC的形成展開相關(guān)研究,同時(shí)考慮到EVC切屑對(duì)切削過程的影響,本文也對(duì)切削力及工件表面形貌展開了相關(guān)研究。本論文研究?jī)?nèi)容從以下幾個(gè)方面展開:1.分析EVC刀具運(yùn)動(dòng)過程,確定形成的切屑的邊界,充分考慮刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系與位置關(guān)系,重新建立刀具運(yùn)動(dòng)方程。按照不同的切深比對(duì)EVC切屑的厚度、截面積、體積等幾何特征分別建立數(shù)學(xué)模型。2.多數(shù)學(xué)者采用實(shí)驗(yàn)法研究相關(guān)參數(shù)對(duì)EVC表面質(zhì)量的影響,缺乏EVC表面形貌數(shù)學(xué)模型。本文利用幾何法對(duì)去除切屑后的工件三維表面形貌及表面殘余高度進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,找到影響工件表面殘余高度的相關(guān)參數(shù)。3.利用現(xiàn)有的EVC力模型計(jì)算切削力需要做大量的計(jì)算,而本文針對(duì)EVC變切深的特點(diǎn),改進(jìn)現(xiàn)有的切削力模型,將切屑截面積引入到切削力模型中,得到EVC力的經(jīng)驗(yàn)公式。4.利用有限元分析軟件,對(duì)EVC過程進(jìn)行有限元仿真,得到切削后的切屑幾何形態(tài)及切削力。通過改變相關(guān)參數(shù),探究切屑幾何形態(tài)(主要指切屑厚度)及切削力隨相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律。利用Matlab對(duì)建立的EVC表面模型進(jìn)行仿真,得到理想的工件三維表面形貌,并探究相關(guān)參數(shù)對(duì)表面殘余高度的影響。5.進(jìn)行金剛石切削實(shí)驗(yàn),對(duì)切削過程中產(chǎn)生的切屑、工件表面形貌及切削力進(jìn)行收集與測(cè)量。對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出相應(yīng)的解釋。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證理論推導(dǎo)與仿真結(jié)論的正確性。本論文研究?jī)?nèi)容從EVC切屑的形成展開,并通過EVC切屑研究工件表面形貌及切削力,將三者緊密聯(lián)系在一起,為今后EVC實(shí)驗(yàn)切削參數(shù)的選擇提供參考。
【圖文】：

圖 1.1 精密加工技術(shù)[6-9]（a. FTS b. 金剛石飛切 c. LAM d. EVC） 50 年代，隈部淳一郎提出了振動(dòng)切削技術(shù)（又稱一維振動(dòng)切泛的關(guān)注[10]。振動(dòng)切削技術(shù)成本低、無污染，能夠減小刀具損等，具有良好的使用效果。在振動(dòng)切削的基礎(chǔ)上，社本英二等切削技術(shù)——橢圓振動(dòng)切削技術(shù)。雖然一維振動(dòng)切削相比于傳然而在切削硬脆材料時(shí)所得到出的切削效果差強(qiáng)人意。EVC振動(dòng)切削的優(yōu)點(diǎn)，而且加工效果更好[11]。大量研究表明，EV磨損、降低切削力及切削熱、進(jìn)一步提高了工件表面精度。術(shù)在近二十年的時(shí)間里發(fā)展迅速，目前針對(duì) EVC 的研究?jī)?nèi)容部分研究?jī)?nèi)容相互獨(dú)立，大部分學(xué)者并沒有將實(shí)驗(yàn)中得到的各對(duì)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，有助于全面了解 EVC 技術(shù)一種方式去研究這些現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)性。切屑是切削過程中重的變化能夠反映切削狀態(tài)，，與切削力及工件表面形貌有著十 EVC 切屑的研究意義十分重大。

直和平行切削方向分別存在有規(guī)律的振動(dòng)。垂直切削方向的振動(dòng)保證了刀具與工件的分離，利于刀具散熱。平行切削方向的振動(dòng)保證了刀具的往復(fù)切削。經(jīng)試驗(yàn)證明，絕大多數(shù)情況下EVC技術(shù)的切削效果比一維振動(dòng)切削效果更好。傳統(tǒng)EVC技術(shù)在設(shè)定好兩個(gè)方向上振幅后無法在切削過程中更改，無法加工出變化的表面結(jié)構(gòu)。名古屋大學(xué)Yokoi等人在傳統(tǒng)EVC的基礎(chǔ)上，利用控制切深方向振幅的方式，使得EVC過程中縱向振幅改變，進(jìn)而達(dá)到控制加工表面形貌的目的[13]。（a）變幅 EVC 技術(shù) （b）EVT 技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG506.5

【參考文獻(xiàn)】

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