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高精密微细铣削加工关键技术研发与应用

高精密微小几何特征零件在航空航天、国防、医疗等领域的产值已超过千亿美元。目前，我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，超精密微细铣削设备依赖进口，价格昂贵，且高端超精密微细铣削设备还对我国禁运，严重阻碍了我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。通过本项目高精密微细铣削加工关键技术研发与应用，解决了以上突出问题，取得了高精密微细铣削加工关键技术与装备的重大突破，打破了国外技术封锁。创新研究成果如下： 1.发明了系列超精密微细铣削机床，提出了小型超精密微细铣削机床创成式精准设计方法，解决了超精密微细铣削机床的创新研发问题。与国内目前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.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。提出了微细铣刀的直纹面组合设计方法，研发出了其制造关键技术，解决了超硬微细铣刀的创新研发问题。 3.发明了微细铣削用工件姿态微调整装置，工件上表面调整精度达1.7μm，减少了超精密微细铣削时40%的工件调整时间。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。 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，为超精密微细铣削装备研发与应用提供了关键支撑理论与技术。本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23项，实用新型专利5项，发表论文67篇，其中被SCI/EI收录47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。本项目成果附加值高，已在多家企业推广应用，近3年，新增产值149590.2万元，新增利润21520.6万元，经济效益重大。

山东理工大学 2021-04-22