软固结磨粒群内部磨粒拓扑结构对材料去除的影响

针对软固结磨粒气压砂轮光整加工新方法,研究气压砂轮软固结磨粒群的内部磨粒拓扑结构对被加工材料去除率的影响规律。建立气压砂轮材料去除机理模型,分析软固结磨粒群在单压缩载荷下内部细观组构参量及力链网络的演化过程,研究了软固结磨粒群的宏观力学特征与细观结构演化之间的关系,数值模拟了具有不同拓扑结构的磨粒层与工件接触区域内的应力分布规律。将软固结磨粒气压砂轮用于激光强化自由曲面光整加工实验,得到了磨粒目数及体积配比对材料去除量及表面粗糙度的影响规律,试验结果表明,软固结磨粒气压砂轮可用于激光强化表面的光整加工并获得良好的加工效果。     

虚拟轴混联机床研抛模具自由曲面的分片规划

采用虚拟轴混联机床进行模具自由曲面的精加工,为了提高模具自由曲面的研抛精度和效率,论述自由曲面的分片抛光方法。根据计算机图形信息构造特点,将自由曲面划分为一系列曲面信息与工艺特征相同或相似的曲面片族,相似的曲面片族采用相同的工具和相近的工艺参数进行研抛加工。通过理论计算和仿真验证,此方法能够提高研抛效率。     

RESEARCH ON POLISHING PROCESS OF A SPECIAL POLISHING MACHINE TOOL

In this paper, a serial-parallel hybrid special polishing machine tool based on the elastic polishing theory is developed, which is used for polishing mould surface by using bound abrasives. This machine tool mostly consists of parallel mechanism of three-dimensional moving platform, series rotational mechanism of two degrees of freedom and elastic polishing tool device. The parallel mechanism controls the spatial position of the polishing tool. The series mechanism controls the pose of the polishing tool. The elastic polishing tool system can realize active control by a pneumatic servo system and passive conformity by a spring. The main process parameters that have influence on surface roughness and polishing efficiency are tool speed, feed rate, force, pose angle and polishing number of times. Optimal combination of process parameters is presented by the Taguchi and grey relational analysis, which provide a choice of parameters as a basis for free-form surface polishing in practice.     

Efficient automatic polishing process with a new compliant abrasive tool

In this paper, an efficient polishing process is proposed for precision polishing tasks using a new compliant abrasive tool. The polishing process is conducted by a force-controllable five-axes robot. The polishing process comprises many steps using different abrasive grain sizes. For each process step, an optimal set of polishing parameters that can efficiently reduce surface roughness is determined by the Taguchi method. The relation between the surface roughness and the polishing efficiency for each set of optimal parameters can be fitted as an R–E curve. The efficiency of a polishing step decreases with the number of polishing cycles and the surface roughness reduces to an asymptote value. The automatic polishing scheduling is fulfilled by switching to a more efficient choice among these R–E curves until the desired surface roughness is reached.     

模具型面快速数控抛光研究

针对模具型面的特点,提出一种快速数控抛光工艺方法.通过对抛光轮和抛光装置的柔性设计,使得与普通数控机床相联的抛光工具能够随着模具表面形貌的变化,作出一定范围内的姿态调节,从而保持了抛光过程的一致性,能够获得均匀的抛光效果.通过抛光实验,初步验证了抛光工具对曲面的加工能力,并从实验数据中总结出抛光加工的去除模型.     

集群磁流变变间隙动压平坦化加工试验研究

为了提高光电晶片集群磁流变平坦化加工效果,提出集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法,探究各工艺参数对加工效果的影响规律。以蓝宝石晶片为研究对象开展了集群磁流变变间隙动压平坦化加工和集群磁流变抛光对比试验,通过检测加工表面粗糙度、材料去除率,观测加工表面形貌、集群磁流变抛光垫中磁链串受动态挤压前后形态变化,研究挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙等工艺参数对加工效果的影响规律。试验结果表明：集群磁流变平坦化加工在施加工件轴向微幅低频振动后,集群磁流变抛光垫中形成的磁链串更粗壮,不但使其沿工件的径向流动实现磨粒动态更新、促使加工界面内有效磨粒数增多,而且在工件与抛光盘之间的加工间隙产生动态抛光压力、使磨粒与加工表面划擦过程柔和微量化,形成了提高材料去除效率、降低加工表面粗糙度的机制。对于2英寸蓝宝石晶电（1英寸=2.54 cm）集群磁流变变间隙动压平坦化加工与集群磁流变抛光加工效果相比,材料去除率提高19.5%,表面粗糙度降低了42.96%,在挤压振动频率1 Hz、最小加工间隙1 mm、挤压幅值0.5 mm、工件盘转速500 r/min的工艺参数下进行抛光可获得表面粗糙度为Ra0.45 nm的超光滑表面,材料去除率达到3.28 nm/min。证明了集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法可行有效。     

基于灰色关联度分析响应面法的橡胶软模端面抛磨表面粗糙度预测

为解决复合材料加筋壁板上筋条与蒙皮配合间隙不均匀的问题,需在刚模表面上粘贴橡胶软模,并通过抛磨橡胶软模来消除配合间隙,然而,若打磨参数选择不当,则橡胶软模表面易起毛,致使粗糙度值过大,易吸附磨屑粉尘。针对上述问题,搭建了一套基于机器人的橡胶材料除尘端面打磨系统,探究了磨粒粒度、磨头转速、打磨压力、离边距离等打磨参数对表面粗糙度的影响规律。提出一种基于灰色关联度分析响应面法的机器人橡胶垫抛磨表面粗糙度预测方法,建立了橡胶材料打磨后粗糙度Ra值的预测模型,该模型的拟合系数R2值为0.9878,表明模型拟合效果好。使用该模型计算出的Ra预测值与观测值的均方根误差为0.014 47,验证了模型预测的有效性。基于预测模型,获得粗糙度Ra值最小（3.3 μm）的参数组合为：磨头转速4158.9 r/min、抛磨压力38.4 N、离边距离30 mm。     

机器人超声研抛自由曲面的精加工系统

论述自由曲面精密加工领域内机器人的应用背景,介绍机器人超声弹性研抛系统的构成及工作原理,建立面向自由曲面的机器人加工系统的控制模型,实验证实该系统方案的可行性和技术的先进性。     

渐进式黏磨层气压砂轮的设计

针对传统气压砂轮存在磨粒容易脱落,加工效率低等问题,提出了制备渐进式黏磨层气压砂轮的方法。该方法基于分层渐进抛光的思想,在砂轮头表面涂覆多层不同厚度和目数的黏磨层。利用磨粒脱落量及表面加工质量实验确定不同黏磨层光整加工所需时间及厚度,制备了渐进式黏磨层气压砂轮,研究了砂轮头的几何精度和加工工件的表面质量。结果表明:渐进式黏磨层气压砂轮不同黏磨层磨粒目数分别为180#、120#、80#,其厚度分别为2mm、0.21mm、0.3mm,各层厚度均符合设计要求,误差在5%以内。在加工过程中,外层黏磨层能在理想时间逐层有效脱落。当下压量为2mm、磨削转速为1 250r/min时,渐进式黏磨层气压砂轮能够完成初期光整加工且效率提高19%以上。实验显示:提出的方法大幅提高了激光强化表面光整加工效率和自动化程度。     

应用于模具自由曲面的新型气囊抛光技术

为提高模具自由曲面抛光的效率和品质,提出一种基于柔性抛光理念的新型气囊抛光技术。建立相应的机器人抛光系统,研究旋转型膨胀气囊抛光工具及抛光过程中各因素对抛光表面粗糙度的影响。对气囊抛光工具的位置和姿态控制问题以及抛光工具,以一定下陷深度和倾斜角度与被抛工件接触时的接触区域的相关特性进行分析。在机器人抛光系统上进行抛光正交试验和试验数据分析,获取表面粗糙度的不同影响因数的最优参数组合,试验中被抛光曲面平均表面粗糙度达到了0.007 μm。研究结果表明,气囊抛光技术可实现抛光工具与被抛光工件的大面积柔性接触,通过气囊内部气压的调节和机器人抛光系统对抛光工具的运动轨迹和姿态的精确控制,可有效地提升自由曲面抛光的品质和效率。     

磁力研磨法加工弯管内表面的工艺参数优化

利用磁力研磨法,使安装在六自由度机械手的磁力研磨装置带动弯管内部的磁粒刷沿弯管中心轴线往复运动,同时磁力研磨装置旋转,解决空间弯管内表面研磨加工的技术难题。选取了影响磁力研磨工艺抛光弯管内表面的主要工艺参数（磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度）并应用正交试验设计法对钛合金弯管内表面进行了研磨试验,结合试验数据对工艺参数进行了分析和优化。通过对比钛合金弯管内表面研磨前后的表面粗糙度及形貌变化,验证了采用磁力研磨工艺对弯管内表面进行光整加工的可行性和可靠性。     

Novel hybrid robot and its processes for precision polishing of freeform surfaces

Freeform surfaces have important applications in various industrial fields. However, achieving a high level surface finish on freeform surfaces using polishing is always a challenging task. Hybrid robots are promising alternatives to conventional computer numerical control (CNC) machines and industrial robots for ultra-precision machining. Herein, we present a novel custom-built hybrid robot for freeform polishing. After the laboratory prototype was successfully developed, its automation for a specific freeform surface was a major obstacle preventing its application. This critical issue was addressed by presenting a process to deal with tedious robot programming. Random tool path planning was performed in the task space, and hybrid robot motion planning was conducted in the joint space. By integrating the process flows, a robot programming toolkit was developed to directly output the control program for a specific robot controller. An illustrative example with a freeform surface is provided to verify the functionality of the developed hybrid robot and the proposed control processes, and the corresponding experimental results verify their effectiveness.     

Active Profiling and Polishing Model and Validation Based on Rotor Spiral Groove

When a spiral groove is formed using superplastic molding, precision casting, additive manufacturing, or other non?mechanical processing technology, it is diffcult to meet the molding precision required for direct use, and the surface quality and accuracy of the shape need to be improved through a finishing process. In view of the poor reachability of the current tool?based polishing process, a tool?less polishing method using free?abrasive grains for complex spiral grooves is proposed. With this method, by controlling the movement of the workpiece, the design basis and relative motion of the abrasive particles along a helical path remain consistent, resulting in a better polishing profile. A spiral groove of a revolving body is taken as the research object; the influence of the installation method and the position of the parts, as well as the effect of the rotational speed of the abrasive ball on its relative motion along a helical trajectory, are studied, and the polishing cutting process of an abrasive ball is reasonably simplified. A consistent math?ematical model of the trajectory of an abrasive ball relative to the design helix is constructed. The grooved drum parts are verified through a polishing experiment. The spiral groove of the revolving body is modified and polished. Experiments show that the process not only corrects the shape a spiral groove error, but also reduces the surface roughness of a spiral groove. This study provides a theoretical basis for achieving free?abrasive, tool?free polishing.     

曲面磁力抛光刀具路径规划与驻留时间算法研究

复杂曲面的自动抛光加工方法与效率一直是困扰模具曲面加工的难题,将磁力抛光与数字化测量、控制技术相结合,可以较好地解决曲面抛光加工的效率与自动化问题。参考数控加工理论,对自由曲面加工的刀具轨迹以及轨迹生成算法进行了分析,重点探讨了抛光刀具的驻留时间控制算法。     

一种基于气压悬浮磨料池光整加工方法的研究

针对复杂曲面难加工零件,提出一种基于气压悬浮磨料池光整加工方法:采用气压悬浮磨料的混合方式,工件表面与流态化磨料产生相对运动速度,从而使固体颗粒与工件表面发生微观二体磨料磨损.通过对磨粒进行动力分析以及气固二相流加工机理分析,揭示了磨料池内部气体和磨料混合及扩散规律.利用光整加工实验确定了光整加工过程中最佳的主轴转速和...     

自由曲面数控加工刀具轨迹生成的约束条件分析

在提出自由曲面数控加工过程和刀具轨迹的规划原则情况下,分析无干涉控制、恒表面速度进给、伺服能力控制和相邻加工曲线影响等轨迹控制的约束条件,实时对轨迹的生成进行系统优化控制。通过系统分析刀具轨迹生成的约束条件,为刀具轨迹优化控制提供决策,对提高自由曲面的切削质量和加工效率具有重要意义。     

基于Preston方程的不锈钢曲面抛磨工艺参数分析

介绍了一种基于自动抛光系统的不锈钢抛磨工艺,以取代不锈钢电水壶手工抛光,实现抛光产品品质稳定、高效生产。在假设抛磨过程服从椭圆赫兹接触的前提下,利用Preston法分析得到影响不锈钢曲面抛磨过程中材料去除量的因素:磨料与不锈钢曲面的相对速度、接触压力。同时为保证抛磨品质均匀,选择了螺旋抛光路径的合适螺距。利用所得结论指导工艺实验,得到了效果良好的镜光表面。     

基于模具表面抛光机器人系统的运动控制研究

介绍了自行研制的模具表面抛光机器人系统的构成和工作原理,建立了面向自由曲面抛光精加工的机器人模型,应用新的算法,快速且准确地求出运动学逆解。在不限制机器人运动范围的基础上,运用数值比较法解决机器人关节变量多解所导致的关节值突变问题。通过实验证实了该算法的正确性和有效性,为系统控制速度能力的提高和运动轨迹的优化提供了理论依据。     

固液两相磨粒流研抛工艺优化及质量影响

为研究磨粒流对异形腔孔内壁表面以及微小孔的研抛去毛刺等的作用效果,探讨了研抛过程中磨粒流各工艺参数与加工质量间的作用关系。以共轨管这种非直线管为研究对象,对磨粒流抛光共轨管过程进行数值模拟研究,探索各工艺参数对磨粒流研抛的影响。数值模拟结果表明:控制碳化硅体积分数可以改变磨粒流研抛过程中的粘温特性,从而可以控制磨粒流的研抛质量。然后采用正交方法设计实验方案,实验过程中,采集抛光过程中温度和粘度的变化数据,分析磨粒流研抛中粘温特性对磨粒流研抛质量的影响。试验与数值模拟结果表明,在磨粒流研抛共轨管过程中SiC的体积分数比出口压力的极差秩大,磨粒流研抛确实可有效改善工件表面质量。而且本文还进一步得出在本试验条件下,磨粒流研抛共轨管的最佳工艺参数:出口压力为5 MPa,SiC体积分数为0.25%,SiC目数为80,同时获得了表面粗糙度与体积分数的回归方程,可用于指导磨粒流实际研抛生产工作。     

磁力研磨头形状对研磨效果的影响

磁力研磨是利用磁性磨料和磁场作用进行研磨加工的一种研抛技术．讨论了不同研磨头形状对磁力研磨的影响以及研磨头设计的要点．在五自由度并联机床上利用不同形状磨头对自由曲面的模具进行了磁力研磨试验．开槽研磨头比不开槽研磨头的研磨效果要好得多．实验分析了利用球型磨头对工件磁力研磨时,磁场强度、研磨间隙、研磨时间等因素对自由曲面模具表面研磨质量的影响．利用五自由度并联机床不仅可以去除自由曲面模具表面的切削残留痕迹,降低模具的表面粗糙度,还可解决传统手工研磨方式所引起的工件研磨质量不一致的缺陷。