环状内外球面智能精密磨削方法与控制模型研究

提出了一种基于法线跟踪的环状内外球面智能精密磨削方法,其原理是：球面球心与工件坐标系原点重合、球面绕坐标系的y轴旋转。在磨削过程中,控制砂轮主轴的摆动角度,使砂轮主轴旋转中心线与球面母线上磨削点的法线始终保持重合。进一步对球面尺寸进行实时检测,对砂轮损耗进行自动补偿,自动完成整个磨削过程。以此方法研制出原型机。研究结果表明,所提出的方法能够用简单的控制模型实现内外球面智能化的精密磨削。     

单晶硅非球面超精密磨削砂轮的性能参数优选

针对轴对称单晶硅非球面超精密磨削中砂轮选择的问题,依据单晶硅红外非球面透镜的结构特性,对几种典型碟片砂轮的结构特性和磨损特性进行分析,优选圆弧形金刚石砂轮作为垂直磨削法磨削单晶硅非球面透镜用砂轮。通过磨削加工实验,研究砂轮各性能参数对非球面磨削加工质量(表面粗糙度、表面形貌、亚表层损伤厚度、面形精度)的影响,优选出D64粒度金刚石砂轮为单晶硅非球面粗磨用砂轮,浓度号为C100、截面圆弧半径为6 mm、粒度为D3的金刚石砂轮作为单晶硅非球面精磨用砂轮。     

光学非球面超精密磨削的微振动对成形精度影响研究

轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象建立了砂轮轴和磨床主轴微振动引起的非球面球面半径偏差的数学模型,研制了高精度微振动动态测量装置,测量精度达0.02 μm. 针对研制的大口径超精密非球面磨削机床分析测量了砂轮轴转速和磨床主轴转速、砂轮轴和磨床主轴的静压轴承油压对砂轮轴和磨床主轴的径向微振动和轴向微振动的影响,确定了使该磨床砂轮轴和磨床主轴微振动量最小时的砂轮轴转速和静压轴承油压以及磨床主轴转速和静压轴承油压的工艺参数,利用该参数加工的500 mm口径的非球面面型精度小于4 μm.     

曲面点磨削过程中砂轮状态的CCD动态监控系统研究

介绍了曲面点磨削的工作过程,设计出针对砂轮磨损状况的CCD动态监控系统,利用CCD摄像机对砂轮磨削点处进行实时图像采集。利用亚像素边缘定位算法,对砂轮图像进行轮廓提取,并与理论轮廓进行比较。实验结果表明,CCD动态监控砂轮磨削状态的方法是非常有效的,而且检测精度也比较高,得到了较为合理的测量结果。     

光学非球面磨削中的圆弧砂轮修整误差分析

针对光学非球面磨削加工中对圆弧砂轮修整精度要求比较高的特点,采用GC杯形砂轮修整器对圆弧砂轮进行修整,并分析杯形砂轮修整器几何误差和原理误差。在此基础上,讨论了各种误差对圆弧砂轮的修整及对非球面加工的影响程度,确定修整器定位倾斜误差是影响圆弧砂轮修整的主要因素,特别是对圆弧半径的影响。针对定位倾斜误差因素进行了砂轮修整实验,结果表明定位倾斜情况下拟合的圆弧半径残差较大且残差分布与理论分析一致。非球面加工实验显示定位倾斜情况下的工件面形误差分布情况与理论分析一致。修整器调正后再次进行加工,结果呈现不同的面形误差分布且误差减小了,验证了定位倾斜误差对非球面加工的影响。     

大型球面精密磨削的球度判别与误差在位补偿方法研究

提出了一种针对大型球面精密磨削、基于图像识别的球度误差判别和误差在位补偿新方法,主要原理是根据展成法球面磨削原理在球面上形成的磨削迹线形貌特征来判别球面的形状误差。根据球面形状误差,来判别砂轮磨削主轴旋转中心线与球体旋转中心线的几何位置偏差状况,对机床几何误差进行分析和数学建模,在此基础上,提出了展成法球面磨削球度误差的在位补偿方法,并设计了在位补偿装置。实验表明该方法可以有效提高大型球面磨削的形状精度。     

超精密非球曲面磨削系统中砂轮修整技术的研究

为了磨削加工出高质量的非球曲面器件,砂轮的修整是非常重要的一个影响因素.本文首先从理论上分析了砂轮的半径误差对非球曲面器件加工精度的影响.然后设计研制了一套砂轮的电火花修整机构,具有结构简单、修整速度快、在位修整等特点,修整后的砂轮形状精度很高.最后,用修整好的砂轮进行非球曲面的磨削实验,结果表明,其磨削加工的零件轮廓精度为0.3μm,表面粗糙度Ra优于0.01μm.     

大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究

大型光学非球面元件的特殊优越性使其在现代光学系统中是不可替代的,实现高效率、更经济的生产以满足对其数量与质量的迫切要求是光学元件的制造面临的一大难题.二轴联动的超精密数控机床是用来加工轴对称非球面光学元件的,若在工件主轴上安装可以精确给出旋转角度的码盘,并使用金刚石砂轮就可以用来进行非轴对称非球面的超精密磨削加工.在对轴对称与非轴对称两种不同非球面的曲率分析基础上,给出了两种曲面加工相应的几何模型.通过计算机仿真验证了该加工方法的简便与可靠性.对二轴联动的超精密数控机床的技术改造可以实现三维加工,为提高效率、降低设备投入提供了依据.     

超精密非球曲面磨削系统中砂轮修整技术的研究

为了磨削加工出高质量的非球曲面器件，砂轮的修整是非常重要的一个影响因素，本文首先从理论上分析了砂轮的半径误差对非球曲面器件加工精度的影响，然后设计研制了一套砂轮的电火花修整机构，具有结构简单，修整速度快，在位修整等特点，修整后的砂轮形状精度很高，最后，用修整好的砂轮进行非球曲面的磨削实验，其磨削加工的零件轮廓精度为0．3μm，表面粗糙度Ra优于0.01μm.     

轴承钢GCr15高速外圆磨削试验研究

为充分发挥轴承钢GCr15的优越性能,保证GCr15轴承等产品的加工质量和效率,开展其高速磨削研究。选用陶瓷CBN砂轮进行GCr15的高速外圆磨削正交试验,采用极差分析方法从最大未变形切屑厚度ag,max等探究砂轮线速度、工件速度和磨削深度对磨削力、磨削温度、表面粗糙度、表面形貌、表面硬度以及变质层深度等加工结果的影响,并进一步分析金相组织、残余应力。结果表明,较好的GCr15磨削表面质量和较大的材料去除率可以通过较大的砂轮线速度、适当的工件速度与磨削深度来实现。     

气压砂轮双层结构弹性力学分析及加工特性

为了提升激光强化后高硬度模具自由曲面的光整效果,提出基于软固结磨粒和双层结构弹性体的气压砂轮加工方法。对气压砂轮双层结构弹性力学特性进行分析。在圆形均布载荷环境下,分别引入磨粒层弹性模量与橡胶层弹性模量的比值m及橡胶层厚度与载荷半径的比值n,建立了双层结构弹性体加工应力计算模型以及接触形变公式。通过有限元分析软件ANSYS建立了气压砂轮双层结构弹性力学模型,给出了气压砂轮的应力分布规律以及形变特征。在试验分析中,通过短纤维增补的方法增强内橡胶层,通过耐水黏结剂控制外磨粒层,微观分析证实了双层结构弹性力学的分析假设。搭建气压砂轮加工试验平台,验证了气压砂轮可在短时间内提升高硬度激光强化模具表面质量的加工效果。试验结果表明,面向凹面工件时,较低n值的气压砂轮有助于提升表面质量;面向凸面工件时,在获得相同表面质量的情况下,较高n值的气压砂轮有助于提升加工效率。     

磨粒簇有序化砂轮磨削凹坑摩擦减阻表面的策略

结构化表面在减小机械零件摩擦或表面拖曳阻力方面起到重要的作用。为获得一种结构化摩擦减阻表面的高效磨削法,基于砂轮的磨粒有序化排布设计理论,提出一种嵌齿式磨粒簇有序化排布砂轮磨削凹坑摩擦减阻表面的策略。开展磨粒簇有序化砂轮的设计理论研究,分析砂轮磨粒簇排布参数和工件凹坑表面排布参数的关系。探讨实现凹坑排布的磨削参数条件,以及凹坑与磨粒簇几何形状之间的联系。通过磨削试验验证了结构化凹坑表面的磨削形态及磨削创成机制。结果表明：利用嵌齿磨粒簇有序化砂轮能够实现叶序排布、错位排布和阵列排布结构化凹坑摩擦减阻表面的磨削;被磨削结构化凹坑表面的排布形态和凹坑形状取决于砂轮排布设计参数、磨粒簇几何形状参数、磨削参数的选择。     

分形理论在放电修整超硬磨料砂轮实验中的应用研究

电火花放电修整(EDD)砂轮技术利用放电产生的热能熔融气化结合剂使磨粒突出修锐砂轮,是很有发展前途的特种加工修整方法。放电加工的介质放电轨迹显示出树枝分叉倾向,具有明显的分形结构,其形态是影响放电能量分布的重要因素。基于分形理论对煤油、空气及雾状去离子水3 种放电介质的热能量分布特征进行分析,并在3 种介质中进行青铜结合剂金刚石砂轮EDD实验。研究结果表明:基于分形几何学的仿真放电轨迹特征与金刚石砂轮实验修锐质量基本符合,可以利用介质的放电图形及分形维数来预测砂轮的修锐微观形貌及修锐质量。     

直线包络方法加工凸曲线回转工件的数学模型与效率研究

凸曲线回转工件广泛应用于航空航天等领域,它要求较高的精度和表面质量。传统的轨迹磨削成形方法不仅精度不高凸曲线回转工件广泛应用于航空航天等领域,它要求较高的精度和表面质量。传统的轨迹磨削成形方法不仅精度不高而且效率较低无法满足高效精密加工的需求。介绍了加工凸曲线回转工件的直线包络方法和其实现方式。在分析其成形机理的基础上提出了适合这种成形方法的基于等残留高度的刀触点计算模型,并在达到相同最大残留高度条件下对直线包络方法和轨迹成形方法进行了效率比较,得出当工件截面凸曲线曲率半径较大时,直线包络方法的加工效率要比轨迹成形方法提高3~4倍左右。     

可再制造的电镀金刚石砂轮结构设计

为了实现金刚石砂轮的绿色回收和再制造,设计了一种可拆卸式电镀金刚石砂轮结构。应用磨料层与基体的界面模型,分析了砂轮拆卸过程中磨料层的破坏形式。分析了砂轮拆卸过程中的磨料层应力状态,并计算出磨料层的开裂点位置。制备了新型可拆卸的电镀金刚石砂轮,并进行了磨料层与基体的分离试验。研究结果表明,在砂轮的拆卸过程中,滑道附近的磨料层与基体产生了界面破坏或曲折破坏,并使磨料层发生断裂。装配半圆形滑块的砂轮外圆具有较好的表面平整性,采用对称式凹形滑块结构可以提高砂轮的重复利用次数。所设计的电镀金刚石砂轮能够实现基体和磨料层的绿色分离和金刚石砂轮的再制造。     

一种磨粒族叶序排布的端面砂轮及其铣磨实验

为了改善超硬磨料砂轮的磨削能力,基于生物学的叶序排布理论设计了一种新型有序化排布磨料的超硬磨料砂轮;分析了叶序参数对超硬磨料砂轮工作表面上磨粒族的排布的影响规律,通过光刻技术和电镀技术相结合制造出了磨粒族叶序排布砂轮。铣磨实验结果表明：合理的选择叶序系数k和磨料族半径r可使砂轮获得较好的铣磨性能。