单晶硅纳米级磨削过程中磨粒磨损的分子动力学仿真

建立了考虑磨粒磨损的三维分子动力学仿真模型,将固体物理学中的爱因斯坦模型引入到金刚石磨粒原子的温度转换过程中, 设计了分子动力学仿真程序.研究结果表明:在磨削的初期,磨粒有明显的磨损,但当磨损到一定阶段后,磨粒不再磨损, 磨削开始进入稳定的切削状态.金刚石磨粒的磨损主要发生在磨粒的最底部,这与表面效应有密切关系.由于表面效应,磨粒底部表面原子配位不足,导致磨粒底部结构表面存在许多缺陷,使磨粒底部表面具有很高的活性,极不稳定,根据最小能量原理,它将自发地向最低能量状态变化,也就是通过塑性变形、非晶相变等变化释放能量,使磨粒的表面能减少,从而发生磨损.     

单晶硅纳米级磨削过程中磨粒磨损的分子动力学仿真

建立了考虑磨粒磨损的三维分子动力学仿真模型,将固体物理学中的爱因斯坦模型引入到金刚石磨粒原子的温度转换过程中, 设计了分子动力学仿真程序.研究结果表明:在磨削的初期,磨粒有明显的磨损,但当磨损到一定阶段后,磨粒不再磨损, 磨削开始进入稳定的切削状态.金刚石磨粒的磨损主要发生在磨粒的最底部,这与表面效应有密切关系.由于表面效应,磨粒底部表面原子配位不足,导致磨粒底部结构表面存在许多缺陷,使磨粒底部表面具有很高的活性,极不稳定,根据最小能量原理,它将自发地向最低能量状态变化,也就是通过塑性变形、非晶相变等变化释放能量,使磨粒的表面能减少,从而发生磨损.     

固结磨料流体动压磨削理论研究

为实现确定磨盘的磨削深度控制,减少加工中不同粒度工具的更换次数从而提高加工效率,流体动压状态下的固结磨料加工工艺第一次被提出。在完成磨盘表面形貌建模的基础上,以磨盘和工件间隙中的磨削液膜为研究对象,建立了瞬态等温条件下的流体润滑方程,并利用显示有限差分算法求得数值解。计算结果表明:通过调节动压力来控制磨削深度是可行的,因为液膜动压力随磨盘最大磨削深度的减小而有明显的上升趋势,分布也趋于平坦;提高入口压力时,动压力明显增大,但也加剧了其分布的不均匀性;因为受制于磨盘表面形貌以及加工质量要求,转速对动压力的影响并不显著。     

基于三维点云的机器人加工轨迹规划

为了使机器人准确高效地完成复杂轮廓工件的切削加工,结合点云技术与机器人技术,提出了一种基于三维点云直接生成机器人的切削加工轨迹的算法。搭建了一种以激光位移传感器和机器人为核心部件的点云测量系统,通过坐标关系变换实现了一维测量到三维测量的扩展。通过在线测量获取了被加工工件轮廓的三维点云,采用点云预处理算法和机器人轨迹的生成算法,直接生成了针对被测工件的机器人加工轨迹。仿真结果表明,该测量系统及算法能够准确地提取工件轮廓的三维点云并快速生成机器人的加工轨迹。     

大型异构件点云配准重建方法研究

传统的大型异构件机器人磨削按照单一工件模型统一示教路径进行加工，由于实际工件与理论模型存在尺寸偏差，导致出现磨削空行程或去除过量等问题。提出一种机器人带动线激光扫描工件的方法，获取不同视角点云数据，采用基于FPFH的SAC-IA粗配准与ICP精配准结合的方法进行点云拼接，应用KD-tree对应点距离算法删除重叠区域冗余点，再通过基于Delaunay三角生长原理的贪婪投影算法完成三维模型重建，可提供给机器人进行自适应磨削。以长600 mm、宽200 mm的叶片进行试验，该方法相比ICP、NDT+ICP两种方案配准精度分别提升71.90%、31.53%,重建模型与实际工件对比尺寸偏差小于0.15 mm。     

脉冲激光辅助切削氧化铝陶瓷工艺参数选取的研究

激光辅助加热切削是解决陶瓷类硬脆材料难加工问题的有效方法。为研究工艺参数的选取对脉冲激光辅助切削陶瓷加工效果的影响,建立了脉冲激光加热辅助切削Al2O3陶瓷传热模型,求解不同参数组合下工件温度场分布。根据Al2O3陶瓷温度在1000K以上时的软化层尺寸选取理论上合适的切削用量;采用激光参数和切削用量开展切削试验,统计试验切除率,检测加工表面粗糙度和表面形貌,探讨试验切除率与加工表面粗糙度之间的关系,结果发现采用温度场模拟获取的工艺参数能够获得较高的加工质量和切除效率。研究表明通过模拟温度场分布从而选取切削工艺参数,能有效保证脉冲激光辅助加热切削陶瓷类硬质脆性材料的工艺要求。     

镍包覆率对固结金刚石磨料研磨垫加工性能的影响

通过化学镀镍的方法,在金刚石磨粒表面包覆一层Ni-P 合金层;采用不同包覆率的金刚石磨料制备固结磨料研磨垫;通过SEM 观察分析金刚石的微观形貌;研究了磨料包覆率对研磨垫加工K9 玻璃过程中的摩擦系数和声发射信号的影响;采用马拉松式试验方法,比较了不同包覆率磨料的研磨垫加工K9 的材料去除速率及研磨后工件的表面粗糙度。结果表明:化学镀镍可以显著改变磨料的表面形貌;研磨过程中的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着包覆率的提高呈现出先增大后减小的趋势;包覆率50%时的金刚石磨料对工件的摩擦力和切入深度最大,研磨垫的磨粒保持与自修整性平衡,加工效率及其稳定性最高。     

碳化硅晶片表面质量差异影响因素研究

分析了金刚石线锯多线切割150 mm SiC晶片的表面形貌及质量,通过测试SiC片Si面和C面的表面粗糙度(Ra),发现C面Ra值约为Si面的2倍。在切割过程中晶片向Si面弯曲,使锯丝侧向磨粒对Si面磨削修整作用更强,从而使晶片Si面更加光滑。此外,通过显微截面法测试了SiC晶片两面的损伤层深度。结果表明,Si面损伤层深度约为7.89 μm,明显低于C面的13.8 μm,显微镜下观察到截面边缘更加平整。该方法进一步证明了多线切割时晶片向Si面弯曲,使锯丝侧向磨粒对Si面的磨削效果更强,从而造成SiC晶片两面表面形貌和质量存在差异。     

原子量级条件下单晶硅磨削过程中的亚表面损伤

应用分子动力学仿真研究了原子量级条件下磨粒钝圆半径、磨削深度和磨削速度对单晶硅磨削后亚表面损伤层深度的影响.分子动力学仿真结果表明:在磨削深度和磨削速度相同情况下,随着磨粒钝圆半径的减小,损伤层深度和硅原子间势能亦减小.随着磨削深度的增大,损伤层深度和硅原子间势能增大.在磨削深度和磨粒钝圆半径相同的情况下,在20～200 m/s范围内,磨削速度对单晶硅亚表面损伤影响很小,说明分子动力学仿真对磨削速度的变化不敏感,因此可以适当提高仿真速度,从而缩短仿真时间和扩大仿真规模.单晶硅亚表面损伤主要是基于硅原子间势能的变化,并通过超精密磨削实验进行了实验验证.     

超声振动铣削淬硬模具钢表面粗糙度理论模型分析

<正>为了提升铣削淬硬模具钢已加工表面的表面质量，采用在工件上施加超声振动的方法进行超声振动铣削，由于超声振动的存在，刀具对工件进行间断切削，会对已加工表面的质量产生影响，本文主要研究超声辅助铣削淬硬模具钢的已加工表面形成机理和变化规律，分析各种加工要素对表面粗糙度的影响，由此综合实现了对表面粗糙度在理论上建模，经验证，当加工参数及刀具参数保持一致时，采用超声振动铣削能够有效降低被加工工件表面粗糙度值。     

固结磨料超声磨削用压电换能器等效阻抗分析

固结磨料超声磨削加工过程中,随着负载的快速变化,压电换能器必须保持快速的频率跟踪与功率匹配响应,才能满足高效精密加工需求。该文从微观角度分析了固结磨料超声磨削的材料去除过程,通过建立压电换能器的力学模型,基于力电类比,得出压电换能器的等效阻抗与负载变化关系,即换能器的负载越大,其等效阻抗越大。当采用恒压源驱动压电换能器时,当换能器的负载越大,输出功率越小;反之,负载越小,输出功率越大,换能器无法工作在最佳状态。因此,为改善加工稳定性,提高材料表面完整性,提出了压电换能器的智能化恒流激励电源驱动方案,并进行了空载和负载状况下的电源系统测试试验,为进一步展开相关加工工艺研究奠定了坚实的基础。     

砂轮粒径对磨削后Si片表面形貌的影响

磨削工艺被广泛应用于大直径Si衬底的制备中,而由磨削带来的Si片表面损伤及形貌对后续加工有较大的影响.利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、喇曼光谱仪等工具对经过2000#、3000#、8000#砂轮磨削的Si片表面损伤层厚度及表面形貌进行了一系列测试,通过对测试数据的分析,得到了不同粒径磨削砂轮的优缺点,在此基础上提出了将传统单步磨削工艺优化为2000#磨削+8000#磨削的两步加工工艺,该工艺既可以保证较高的Si片表面质量,又具有较高的生产效率.     

平面光学元件研磨抛光磨粒运动轨迹研究

为提高平面光学元件的加工质量和效率,理解元件与抛光盘之间的相对运动轨迹变化规律是获得良好表面质量的重要前提.根据“运动学原理”和“坐标变换”建立了磨粒运动轨迹模型,推导了磨粒轨迹长度公式.利用Matlab软件模拟计算了各参数下的磨粒轨迹长度和磨粒轨迹变化形态.研究表明:不同转速比对材料去除速率和表面质量影响显著;随着磨粒径向距离和偏心距的增大,磨粒轨迹长度增加,考虑到偏心距对工件表面质量的影响,偏心距不宜太大或太小;同一转速比下,不同的磨粒初始角度对磨粒轨迹形状没有影响,只会使其转过相应角度.     

高速铣削工件表面粗糙度蚁群-BP神经网络建模

由于蚁群算法具有很好的多样性、兼容性和正反馈,故十分适合用于BP神经网络学习率的优化,从而建立蚁群-BP神经网络。训练样本对是以实验1、实验3、实验5、实验7、实验9、实验11、实验13和实验15下的高速铣削试验数据组成的,并用高速铣削实验中的工件表面粗糙度来建模。使用创建的高速铣削工件表面粗糙度预测模型来对实验2和实验6状态中的高速铣削工件表面粗糙度进行预测,通过对比预测结果和试验结果,可发现蚁群-BP神经网络能够十分有效地对高速铣削工件表面粗糙度进行建模预测。     

激光修锐砂轮工艺参量的预测和优化算法

为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型。首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验。结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内。综合说明该优化模型具备良好的优化能力。     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征，研究结果表明：和单色系统相比，双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率，接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高，因此，红外温测系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化，而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出，由于可以得到能量的传输比例，磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义。     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征.研究结果表明和单色系统相比,双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率.接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高.因此,红外测温系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化.而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出.由于可以得到能量的传输比例,磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义.     

压电超声辅助研磨抛光技术研究进展

研磨抛光是机械加工领域中精密光整加工的重要手段。在传统研磨抛光中,特别是对硬脆性材料进行研磨抛光时,存在高硬度、低断裂韧性和化学性质稳定等特点,对其进行研磨抛光时很难获得理想的加工效率和优越的表面质量等问题。压电超声辅助研磨抛光属于振动研磨技术的一种,它将超声振动磨削技术应用于研磨加工,其高频振动能有效减小研磨力,提高加工效率,可充分发挥硬研磨工艺特点。该文结合压电超声辅助研磨抛光特性和研究方法现状,对国内外超声辅助研磨抛光硬脆材料的发展动态进行了综述与展望。     

基于SMO-SVM的丝杠表面磨削质量预测

针对滚珠丝杠磨削过程在线监测困难的问题,使用支持向量机建立智能模型。模型本身针对颤振分类和粗糙度预测的不同问题,选用基于串行优化算法的支持向量分类机和支持向量回归机,并使用交叉验证法对模型参数进行优化。基于滚珠丝杠表面波纹度理论和粗糙度理论,对磨削过程中的振动信号进行特征提取,结合加工参数作为模型输入,先进行颤振的判别,在判断未颤振的情况下对表面质量进行预测。实验结果表明,该模型可以对颤振分类及粗糙度预测进行较好的在线监测。