【摘 要】
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微结构表面是一种新型的功能表面,它独特的微观结构使得它具有常规表面无法与之相媲美的技术优势。这些技术优势使得它广泛应用于光电、机械、航空等领域。目前世界各发达国
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微结构表面是一种新型的功能表面,它独特的微观结构使得它具有常规表面无法与之相媲美的技术优势。这些技术优势使得它广泛应用于光电、机械、航空等领域。目前世界各发达国家主要关注于微结构表面的加工工艺及相关设备的研究,而对微结构表面加工过程的仿真研究甚少。然而微结构表面加工过程的仿真研究对降低加工试验成本,提高加工效率和质量有巨大的经济优势和技术优势。在这样的背景下,本文对一种特殊的微结构表面——圆柱面凹槽的加工过程进行相关的仿真研究。本文首先介绍剪切角模型的建模过程,然后依次建立铣削力模型和表面粗糙度模型。利用晶体塑性力学的相关理论,根据Taylor最小功原理,介绍了剪切角仿真模型的建立过程。在深入理解加工原理的基础上,结合刀具的结构特点,依据微分原理和经典切削理论,建立铣削力模型。依据加工原理误差引起加工表面产生凸起的事实,建立表面粗糙度模型。原始实验数据里面耦合许多噪声和干扰信号,不能直接用来验证所建仿真模型的正确性,需要对实验数据进行处理。采用功率谱密度的方法,分析原始信号中所含有的噪声及其特征频率。在功率谱密度分析结果的基础上,设计FIR数字低通滤波器,将原始信号中的噪声滤除掉。采用小波分析的方法,对铣削力信号中各种高频噪声的特点及产生原因进行分析。依据噪声分析的结果,采用拟合-内插值的方法将真实的铣削力信号从经过滤波处理的信号中解耦出来。最后分析各仿真模型的计算结果。将仿真结果与实验结果进行比较,根据比较结果对所建立的铣削力模型和表面粗糙度模型进行优化。针对铣削力模型,将原来铣削模型划分为三个阶段:部分切入、完全切削和部分切出,并分别进行建模。而对于表面粗糙度模型,则增加铣削振动模型和刀杆变形模型,并完善所建立的粗糙度模型。
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