[01420602]高精密微小几何特征零件微细铣削设备及关键技术的研究与应用

高精密微小几何特征零件具有高的几何形状精度、尺寸精度与表面质量要求，在医疗、航空、国防、工具等领域有大量需求，产值已超过千亿美元。中国主要用传统设备对这些零件进行微细铣削，存在着精度低、耗能高、占地空间大等突出问题。另外，高精密微细铣削设备依赖进口，价格昂贵，且高端微细铣削设备还对中国禁运，严重阻碍了中国高精密微小几何特征零件的精密加工与相关应用行业的发展。通过该项目高精密微小几何特征零件微细铣削设备及关键技术的研究，解决了以上突出问题，取得了小型化微细铣削机床、微细铣削刀具、工件姿态微调整装置及微细铣削关键技术的重大突破，打破了国外技术封锁。取得了如下创新研究成果： 1.提出了小型微细铣削机床创成式精准设计方法，解决了高精密微细铣削机床的创新设计、精度分析与分配、数值建模与优化等问题。研制了3轴3联动数控微细铣削机床3A-S100，三个轴的定位精度均<0.6μm，整机占地空间为700mm×620mm×850mm，与国内用于微细铣削的主要加工机床相比，精度提高了一个数量级、节约了70%的能源和75%以上的占地空间。 2.提出了微细铣刀的直纹面组合设计方法与制造关键技术，解决了微细铣刀的创新设计、制造精度建模与分析、研发规程与专用CAM系统等问题。发明了系列微细球头铣刀，切削部旋转包络球面直径为50μm～1000μm，前刀面与后刀面均为直纹面，从原理上保证了切削刃轮廓制备误差≤±2μm，高于日本知名微细铣刀切削刃轮廓所具有±3μm的精度。 3.提出了微细铣削工件姿态微调整夹具设计方法与技术，解决了工件姿态微调整夹具装置的刚度与阻尼优化匹配的问题，发明了微细铣削用工件姿态微调整装置，使得工件可以在机绕X轴和Y轴进行高效率、高精度的姿态微调整，减少了高精密微小几何特征零件精密铣削时40%的工件调整时间，工件上表面调整精度达1.7μm。 4.提出了微细铣削的微观关系模型与微细铣削临界工艺参数分析优化方法，解决了塑性材料微细铣削尺度效应所对应临界条件的判定、硬脆性材料塑性切削判定准则不统一的问题，为微细铣削机床和微细铣刀的设计分析及应用提供了关键支撑理论与技术。 该项目研究成果通过了山东省教育厅组织的鉴定，鉴定委员会认为，该研究为小型高精密零件的微细铣削加工提供了关键技术与设备，整体技术达到国际先进水平，所研发的微细球头铣刀达到国际领先水平。 取得自主知识产权国家发明专利12项，发表论文53篇，其中被SCI/EI收录38篇。所自主研发的关键技术，市场需求度高，不但能够替代进口产品，而且具有国际市场竞争的优势，社会效益显著。 该项目成果附加值高，已在多家企业推广应用，近3年，新增产值101854.7万元，新增利税19606万元，经济效益重大。 该项目大幅度提升了高精密微小几何特征零件微细铣削加工设备研发的技术水平，显著地促进了微细铣削加工行业的科技进步，对于具有高附加值和极大市场需求的微小几何特征零件相关的高新技术产业化，推动产业结构调整和优化升级，提高中国企业和相关行业的竞争力，有着重要的意义。