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1、金属切削理论汇报汇报人：王璐瑶学号：2220150106日期：核磁兼容材料的切削加工性能研究智能机器人研究所智能机器人研究所脑科学与神经技术实验室脑科学与神经技术实验室Laboratory for Brain Science and Neurotechnology绪论脑科学与脑神经疾病脑科学与教育脑科学与智能机器人绪论脑科学与脑神经疾病脑科学与教育脑科学与智能机器人 中国制造2025中提出需要大力推动生物医药及高性能医疗器械等重点领域，尤其是重点发展影响设备、医用机器人影响设备、医用机器人等高性能诊疗设备。克服核磁仪内强磁场、翻转磁场、电磁干扰及有限空间的局限，同时还需要考虑物理环境对患者的健
2、康的影响，因此，MRI导航机器人需具有导航机器人需具有核磁安全性和核磁兼容性核磁安全性和核磁兼容性。核磁兼容性材料的切削加工性切削加工性则直接决定着机器人零部件的制造质量、装配精度和运动精度，是影响机器人运动精度与核磁图像现实精度的一个重要因素。举例滚珠丝杠和滚珠丝杠和 MRI 成像伪影成像伪影 强烈的磁场吸引力将设备移动强烈的磁场吸引力将设备移动材料切削性评价方法 切削加工性：切削加工性：金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度。易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度等来衡量。它与金属材料的化学成分
3、，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关，通常用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。目前常用的方法：目前常用的方法：模糊综合评价法、数据包络分析法、数据库技术评价法、雷达图法、有向图和矩阵(DAM)法加权平均法，这种方法是在各单一因素评加权平均法，这种方法是在各单一因素评价的基础上，根据各因素在不同加工条件价的基础上，根据各因素在不同加工条件下的重要程度而赋予不同的权重值，然后下的重要程度而赋予不同的权重值，然后将各评价标准下各因素的评价结果进行加将各评价标准下各因素的评价结果进行加权平均处理。权平均处理。线性规划模型，根据决策单元的多输入线性规划模型，根据决策单元的多输入多输出指标，
4、表示为输出对输入的比率多输出指标，表示为输出对输入的比率，试图使效率最大化。，试图使效率最大化。建立金属材料数据库并结合模建立金属材料数据库并结合模糊综合评价法对材料加工性进糊综合评价法对材料加工性进行评价。行评价。雷达图法通过绘制评价对象的雷达图，雷达图法通过绘制评价对象的雷达图，并与典型类型雷达图对比，定性给出切并与典型类型雷达图对比，定性给出切削加工性优劣顺序。削加工性优劣顺序。量化数据建立各因素之间的相互影量化数据建立各因素之间的相互影响关系，得到切削加工性矩阵，据响关系，得到切削加工性矩阵，据此对材料切削加工性进行量化并评此对材料切削加工性进行量化并评价。价。铣销力建模：铣销力建模：
5、切削力对最终加工完成的零部件的质量及精度具有重要影响，因此，精确的预测铣削力对提高加工质量精确的预测铣削力对提高加工质量具有重要意义。具有重要意义。而且，可靠的、定量的切削力预测对于后续所需要的能量和转矩，对于机床的振动和加工过程的稳定性，加工件的表面质量和几何精度的预测都具有重要的影响。目前常用的方法：目前常用的方法：解析模型、分析模型和机械模型。材料切削性评价方法基于两个原则建立切削力基于两个原则建立切削力:一是在外力作用下切屑以刚体形式产生滑动一是在外力作用下切屑以刚体形式产生滑动，二是力，二是力-速度的线性关系，在剪切和刀具速度的线性关系，在剪切和刀具与切屑接触面上剪切和摩擦力分别与剪
6、切和与切屑接触面上剪切和摩擦力分别与剪切和滑移速度成线性关系。滑移速度成线性关系。研究的焦点集中于刀尖区域，根据有限研究的焦点集中于刀尖区域，根据有限元方法分析刀尖处材料变形与切削力之元方法分析刀尖处材料变形与切削力之间的关系建立力学模型。间的关系建立力学模型。切削力与切屑未变形厚度或面积之间存在切削力与切屑未变形厚度或面积之间存在线性关系，通过这种关系及切削力与切削线性关系，通过这种关系及切削力与切削过程变量之间的联系建立力学模型。过程变量之间的联系建立力学模型。举例当进给量不变而提高铣削速度并增大切深时，五种材料的铣削力均增大，其中黄铜的铣削力增幅黄铜的铣削力增幅最大最大。由此可见，黄铜铣
7、削力的黄铜铣削力的变化幅度最大变化幅度最大，而聚丙烯、尼龙与聚甲醛铣削过程平稳，聚丙烯聚丙烯铣削过程平稳且铣削力最小，最铣削过程平稳且铣削力最小，最易于切削加工。易于切削加工。黄铜黄铜H59、铝、铝6061、聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚丙烯、尼龙、聚甲醛切屑加工性评价一：切屑加工性评价一：铣销力铣销力举例铝合金和聚丙烯产生短而卷的 C 形切屑，黄铜、尼龙和聚甲醛形成长紧卷形切屑。C 形屑不会缠绕在刀具或工件上，但会碰撞刀具后刀面或工件表面形屑不会缠绕在刀具或工件上，但会碰撞刀具后刀面或工件表面，切屑高频率的碰撞和折断将影响切削过程的平稳性并会对工件已加工表面的粗糙度产生一定的影响。长紧卷屑形成过程
8、比较平稳，利于从铣刀的螺旋槽排出，对切削过程的长紧卷屑形成过程比较平稳，利于从铣刀的螺旋槽排出，对切削过程的平稳性和工件已加工表面的影响较小。平稳性和工件已加工表面的影响较小。切屑加工性评价二：切屑加工性评价二：切屑类型及断屑切屑类型及断屑黄铜黄铜H59、铝、铝6061、聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚丙烯、尼龙、聚甲醛举例 聚丙烯的表面粗糙度值始终最大，尼龙和聚甲醛的表面粗糙度值近似。由图可以看出，转速提高后，表面粗糙度值有所下降，因此提高转速有利于提高表面质量。但转速过高会导致切削过程产生的大量热量会令工程塑料材料变形，因此，需合理控制转速。需合理控制转速。同一转速下，较大进给量和较大切深下加工出
9、的表面其粗糙度值大，而较大进给量和较小切深下的表面其粗糙度值高于较小进给量和较大切深铣削出的表面，即进给速率对表面质量的影响强于切深对表面质量的影响。进给速率对表面质量的影响强于切深对表面质量的影响。切屑加工性评价三：切屑加工性评价三：加工表面质量加工表面质量黄铜黄铜H59、铝、铝6061、聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚丙烯、尼龙、聚甲醛举例（有向图矩阵转换规则）（有向图矩阵转换规则）第一组切削参数下五种材料的评价因素测量值 举例（有向图矩阵转换规则）（有向图矩阵转换规则）根据各切削因素之间相互影响程度确定切削加工性矩阵中aij的数值举例（有向图矩阵转换规则）（有向图矩阵转换规则）聚甲醛的切削加工性
10、评价值最高，其次为尼龙，黄铜，聚丙烯，铝合金。举例（铣销力建模：机械模型）（铣销力建模：机械模型）切削力与切屑未变形厚度或面积之间存在线性关系，通过这种关系及切削力与切削过程变量之间的联系建立力学模型。选择生产所用螺旋刃铣刀为原型建立铣削力模型。举例（铣销力建模：机械模型）（铣销力建模：机械模型）模型所预测铣削力趋势与实验测量结果相同，数值相近。铣削力模型预测结果与实测数据契合程度较高，模型预测误差在 10%以内总结 目前对材料的切削加工性评价方法众多，各有优缺点，大多从3个方面：铣削力、切削断屑以及表面粗糙度对候选材料的切削加工性进行考察评价。其中，有向图与矩阵评价法中各切削要素之间相互影响的值均根据切削理论进行选择，减少了主观因素的影响，避免了其它方法出现的问题，是一种操作简单考察较为全面的方法。而在预测铣削力的模型中，机械建模相对其他方法具有一定的优势。金属切削理论汇报北京理工大学谢谢老师及各位同学！
核磁兼容材料的切削加工性能研究
