宏/微双驱动微切削定位进给系统的递进式误差补偿技术研究

宏/微双驱动微切削定位进给系统在航空航天、医疗、核能以及IC制造等领域具有广泛的应用,其定位进给精度是保证零件切削加工质量的根本。为了提高其定位进给精度,提出一种机械补偿与算法补偿相结合的递进式误差补偿方法:首先通过微动平台元件的压电致动特性实现对宏平台的粗误差机械方式补偿,再采用最小二乘法和BP神经网络误差补偿模型进行宏/微双驱动系统的精误差算法补偿。并通过误差补偿实验验证后得出,在微切削加工条件下,基于宏/微双驱动定位进给系统的递进式误差补偿法极大地提高了机床的定位进给精度;补偿后X、Y轴的误差波动区间集中在[-0.010,+0.010]μm,定位精度分别为0.006 mm和0.009 mm,重复定位精度为0.010 mm和0.013 mm,实现了系统的纳米级定位和10 nm级的重复定位。     

激光冲击强化TC4双相钛合金过程中β相的细化机理

采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理(冲击0～3次),研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化.结果表明:激光冲击强化过程中,β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线,随着塑性变形加剧,位错不断堆积形成位错壁和位错胞,位错进一步运动后形成亚晶界,并通过动态再结晶实现...     

微驱动定位进给系统结构优化设计研究

当前宏微双驱动定位进给系统中微驱动平台力学性能差、精度低,且柔性铰链作为微驱动平台关键部分,直接影响着微驱动平台的定位精度等各项性能。为此,采用OptiStruct软件对微驱动定位进给系统的柔性铰链进行结构拓扑优化后,以工程塑料(ABS)为原材料通过3D打印进行加工。利用有限元对整个微动平台系统进行模态分析并通过模态试验进行了验证。最终获得柔性铰链以及整个微动平台的最优结构,在保证结构刚度、精度的同时达到了结构轻量化的目的。     

切削测力平台结构递进式拓扑优化设计研究

微切削加工过程中,切削力是影响加工质量的重要参数。测力仪是动态测量切削力的主要装置,其测力平台部分工作稳定性和准确性对测力仪整体性能起到决定性作用。目前使用的大部分测力平台设计均可以满足宏观较大振幅应力测量要求,但较差的灵敏度和严重的信号衰弱无法满足微切削状态下切削力的微小变化测量。因此提出了一种在满足测力平台弹性体结构强度等要求下,首先以固有频率为目标函数进行单目标优化,将优化后的固有平率作为约束条件,再以应力集中为目标函数进行二次优化的递进式拓扑优化方法;并对优化后的结构进行模态试验,从而证明采用递进式拓扑优化的结构设计方法可以极大的提高测力平台工作时的稳定性、灵敏度和测量精度等性能,同时也拓展了测力平台微切削条件下的适用性。     

基于神经网络的宏/微双驱动运动平台误差预测及补偿技术研究

宏/微双驱动平台是一种用于微切削加工的高精度切削平台,其定位精度受多种因素影响。为提高宏/微双驱动定位运动平台的定位精度,提出基于BP神经网络进行宏/微双驱动运动平台定位误差预测的方法。测量运动平台的定位精度,从而建立BP神经网络误差预测模型,并运用该模型对宏/微双驱动运动平台进行定位误差预测试验,最终证明BP神经网络定位误差预测模型精度高、抗变换性能好,适用于对宏/微双驱动运动平台的定位误差进行误差预测及补偿,使得宏/微双驱动平台达到10nm级精度设计要求。     

PCBN刀具材料的性能及切削20CrMnTi合金钢试验研究

以CBN为原料、TiCN和Al为结合剂, 在1550 ℃、5.5 GPa高温高压条件下合成了不同CBN含量的PCBN刀具材料。对PCBN刀具材料进行了显微结构观察、力学性能(磨耗比、硬度)以及高速精密切削20CrMnTi合金钢的切削性能检测。结果表明, PCBN刀具材料的结合剂均匀分布在CBN颗粒周围, 致密性良好;PCBN刀具材料的硬度、磨耗比与CBN含量成正比, CBN含量70%时, PCBN的硬度和磨耗比均最大, 分别为32.97 GPa和7400;高CBN含量的PCBN刀具使用寿命更长。切削试验结果表明, PCBN刀具高速切削20CrMnTi合金钢时的磨损是黏结磨损、氧化磨损、扩散磨损以及局部剥落等各种磨损机制综合作用的结果。     

多次激光喷丸作用下TC4钛合金的疲劳性能及微裂纹扩展预测模型

对TC4钛合金板进行不同次数激光喷丸处理,再进行高周疲劳试验,研究了其疲劳性能及断裂机理;基于残余压应力及晶界介微观尺寸对微裂纹扩展的阻滞作用,采用抑制参数、张开应力强度因子、残余应力强度因子对Paris公式进行修正,建立了激光喷丸处理后疲劳微裂纹扩展预测模型,并进行了试验验证.结果表明:随着喷丸次数增加,TC4钛合金的疲劳强度增大,疲劳寿命延长,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变;疲劳微裂纹预测模型预测得到的疲劳寿命与试验值的相对误差小于10％,说明模型准确.