非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明：建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。     

Computer simulation of sub-micron-scale precision truing of a metal-bonded diamond grinding wheel

A new simulation mode of wheel profile generation was proposed in precision truing of a metal-bonded diamond grinding wheel by considering the mutual wear of grinding wheel and truer in sub-micron scale. The aim is to understand how truing parameters influence truing accuracy and truing efficiency, namely wheel profile flatness and truing number. In order to assure the sub-micron-scale accuracy of a trued wheel profile, dry electro-contact discharge was employed in arc envelope truing. First, an arc-shaped truing profile replicated on wheel profile was defined and analyzed theoretically and then identified by truing experiment; second, the micro-truing ratio describing the mutual wear of a grinding wheel and truer related to the depth of cut was investigated by micro-truing experiment; then the simulation mode of the truing grinding wheel was established by using dispersed profile coordinates of the grinding wheel and truer with reference to the micro-truing ratio; finally, simulation analysis was conducted to trace on-line formation of the trued wheel profile in truing process. It is confirmed that this simulation method is valid and applicable to visualize the sub-micron-scale truing process. It is also found that by decreasing the depth of cut or plunge truing number wheel profile flatness decreases but truing number increases. It is concluded that there exist minimum wheel profile flatness and minimum truing number in a truing process, which can be used to optimize truing parameters for efficient precision truing.     

先进光学磨削中杯形修整技术开发及应用

对于金刚石砂轮修整,尤其是有高精度要求的圆弧金刚石砂轮,杯形砂轮修整技术可以获得较好的砂轮磨削性能以及修整效率。本文开发了配套超精密平面磨床使用的杯形修整器,分析了其机械误差影响,并完成了修整实验及砂轮表面测量及半径拟合处理,从宏观上考察了该修整器对砂轮磨削性能的提高,结果证明该修整器可以进行有效修整,提高了加工工具精度,能满足金刚石砂轮修整使用要求。     

轴承磨削中砂轮磨损状态在线识别的试验研究

本文对在轴承磨削中利用磨削火花信号实现砂轮磨损状态在线辨识的可行性进行了试验研究。结果表明,磨削火花信号的各统计特征量与砂轮磨损状态的变化规律相似,利用磨削火花信号能够识别出砂轮磨损的不同状态,其中以信号方差最敏感。研究结果为在轴承磨削中实现砂轮磨损状态的在线监控,对砂轮进行视情修整提供了基础。     

石材加工中的磨轮磨削工艺

本文是通过实验的方法研究花岗石磨抛工艺,分析磨轮磨损的原因和影响光泽度的因素,探讨磨轮在花岗石磨削过程中的半径补偿,以指导实际生产,提高生产效率和加工精度。通过实验可以得到以下结论：磨轮的磨损主要取决于石材的硬度和石材去除量,石材硬度愈高,磨轮寿命愈短;去除量愈大,磨轮磨损愈大。树脂型磨轮磨抛花岗石,磨轮半径每米要补偿0．01-0．02mm。光泽度与磨粒的粒度和主轴转速有关,磨粒的粒度越小,转速愈高,光泽度愈高。     

仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷实验研究

目的 减少金刚石砂轮磨削工程陶瓷材料时的砂轮磨损，改善加工表面质量。方法 以人造金刚石为磨料，青铜结合剂为黏结剂，加入一定质量分数的二硫化钼和二氧化钛纳米颗粒作为填充材料，制备出青铜结合剂自润滑金刚石砂轮。利用脉冲激光在金刚石砂轮表面烧蚀出经设计的仿鸟羽减阻几何结构，得到新型仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮。制备了4种不同工况砂轮，传统青铜金刚石砂轮（TGW）、纳米自润滑金刚石砂轮（NGW）、仿鸟羽结构化金刚石砂轮（FGW）、仿鸟羽结构化纳米自润滑金刚石砂轮（FNGW）以对比其磨削性能差异。开展Si C陶瓷磨削实验，研究FNGW磨削机理。从磨削力、表面质量、砂轮磨损3个方面评价FNGW磨削性能。结果 纳米颗粒的加入不会降低砂轮力学性能，砂轮表面的仿鸟羽结构激光成型烧蚀质量较高，对未烧蚀区域没有影响。与TGW相比，FGW除工件表面粗糙度值Ra与砂轮磨损有略微改善外，其他磨削性能都有明显提升。NGW磨削性能都有所提升，但提升效果不太明显。结合二者优势的FNGW，其各磨削性能都有显著提升。其中磨削力最大降低了65.1%，工件表面粗糙度值Ra最大降低了21.5%，砂轮磨损明显减少，有效提升了砂轮的使...     

电镀cBN砂轮高速磨削高温合金的砂轮磨损研究

针对高速磨削的特点,采用电镀cBN砂轮进行了120 m/s高速条件下磨削镍基高温合金GH4169时的砂轮磨损试验研究.随着工件材料去除体积的增加,采用复型技术跟踪了砂轮工作表面在不同磨损时期的形貌变化,并对磨削力的变化进行了分析.研究发现,随着工件材料去除体积的增加,磨削力呈现初期快速增加、随后平稳增加的变化趋势,并且...     

轴对称非球面磨削加工中砂轮均匀磨损研究

为实现轴对称非球面加工过程中盘形砂轮的均匀磨损,研究平行磨削加工过程中实现恒去除量磨削的办法。首先,分析平行磨削过程中磨削点绕盘形砂轮端部圆弧圆心转动的角速度、砂轮的进给速度和磨削点的线速度。然后,通过建立单位时间内盘形砂轮磨削的体积数学模型,推导平行磨削轴对称非球面过程中不同磨削位置的单位时间磨削量。最后,通过优化进给速度,保持平行磨削加工过程中的砂轮恒去除量进给,基本实现盘形砂轮的均匀磨损。结果表明:平行磨削过程中保持砂轮的恒去除量进给,盘形砂轮边缘部位的磨损明显得到改善,实现了盘形砂轮磨削过程中的较均匀磨损。      

镶块式CBN砂轮缓进给磨削钛合金

本文提出了一种将断续磨削的降温优势、CBN砂轮的耐磨特性以及缓磨本身的低温特性三者相结合的CBN砂轮断续缓磨技术。对整体CBN砂轮与断续CBN砂轮缓磨钛合金时的磨削性能进行了试验对比,并从微观上研究了CBN砂轮的磨损特征。实验结果表明,与整体CBN砂轮相比,断续CBN砂轮的极限切除负荷可提高80%以上。镶块式CBN砂轮在解决钛合金缓磨烧伤方面显示出可喜的前景。     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

基于无瞬心包络法的砂轮磨削圆弧直槽的研究

基于无瞬心包络法,提出一种使用CBN圆弧砂轮精确磨削圆弧直槽的方法。从砂轮圆弧母面与工件直槽圆弧面的空间啮合关系出发,采用无瞬心包络法,以两曲面间接触点法矢量方向相同建立啮合方程,通过啮合方程求解得到砂轮初始安装角,以磨削后的工件端截面圆弧圆度和半径误差满足精度要求为目标,设计砂轮安装角调整和控制流程,确定砂轮最终的安装位置和安装角。仿真和实际加工结果表明用圆弧砂轮磨削圆弧直槽工件,通过调整砂轮安装位置和安装角可以控制磨削精度,砂轮不用修形也能实现精确磨削。该方法实现用一种砂轮磨削不同尺寸的工件,减少砂轮的种类,提高生产效率,为注塑机螺杆转子的高效磨削提供了一种可行的方法。     

轴对称非球面加工进给速度控制技术研究

本文根据轴对称非球面的加工误差特性，通过分析轴对称非球面磨削加工中砂轮磨削线速度、进给速度对加工精度影响的条件，提出控制砂轮进给速度使轴对称非球面工件各点磨削量均匀的方法。该技术避免了传统加工方法中原理上固有的磨削量差异缺陷，提高了系统的加工精度。研究结果表明：进给速度控制方法针对轴对称非球面加工中常用的平面砂轮、圆弧砂轮、球面砂轮，均得到了良好的控制效果；采用新方法的数学模型更接近于理论计算轨迹，可以进一步提高工件的加工精度；新方法进给速度由外沿加工至中心部分，进给速度逐渐加快；并且变化率也逐渐增大。     

大口径方形非球面镜的高效磨削技术研究

本文基于X/Y/Z三直线轴平面磨床,研究了圆弧砂轮应用于大口径方形非球面镜的平行磨削新技术,介绍了圆弧砂轮平行磨削的机理、重点解决了砂轮形状误差在线检测、元件面形误差在线检测与误差补偿等关键技术问题.以430 mm×430 mm非球面镜为样件,进行了多轮高效精密磨削工艺实验,面形精度PV均值为4.2μm,表面粗糙度约0...     

凸轮轴磨削的误差补偿新研究

介绍了凸轮轴磨削的数学模型，提出了当量磨削厚度误差补偿技术，对运动模型进行修正，以保证磨削过程中任意时刻的当量磨削厚度相等。首先由误差补偿模型得出叠加于砂轮架上的位移修正量，再将这一修正量通过砂轮架与头架的联动关系叠加到头架的角速度修正量，从而实现了恒金属去除率磨削，提高了凸轮轮廓的加工精度。     

磨粒有序排布曲面砂轮设计及磨削性能实验研究

提出一种曲面砂轮表面磨粒有序化排布的设计方法,制备磨粒有序排布和无序排布的2种曲面砂轮.通过磨削实验,从磨削力、砂轮磨损及工件加工形状误差等3个方面对比研究.结果表明:在整个磨削过程中,磨粒有序排布的曲面砂轮的磨削力总体上小于磨粒无序排布的曲面砂轮的磨削力.磨粒有序排布曲面砂轮的磨粒磨损一致性优于无序排布曲面砂轮的.整...     

大尺寸硅片自旋转磨削运动分析及仿真

本文利用数学矩阵方法,建立大尺寸硅片自旋转磨削运动的理论模型,研究了砂轮半径、硅片和砂轮旋转速度、旋转方向等因素的选择及各因素对磨削轨迹的影响,同时还研究了磨粒合成运动速度的变化规律。研究结果表明,随着砂轮半径的增大,磨削轨迹的曲率减小,选用较小直径砂轮将更有利硅片表面质量的提高。当转速比i大于零,随着i值的增大,磨削轨迹的曲率逐渐减小。在转速比i小于零的情形,当转速比i=-2时,磨削轨迹曲率为0,磨削轨迹的形状接近一条直线。磨粒合成运动速度随砂轮转速和硅片转速的增大而增大。     

基于虚拟中心距加工原理的新型平面二次包络环面蜗杆数控磨床设计及关键技术研究

针对新型平面二次包络环面蜗杆数控磨床研发中的难题,在蜗杆齿面的成形原理及传统磨削方法的基础上分析了齿面的虚拟中心距磨削原理及关键技术,论证了四轴四联动磨削方法的可行性并提出了新型磨床的结构布局及总体设计方案;针对产形面到摆头回转工作台中心轴线距离过大以及砂轮产形面上的磨削点到联动回转工作台中心轴线距离过大的两类难题,在结构布局上提出了砂轮倾角式磨头设计匹配磨头内藏式的设计方案,对于砂轮的修整及补偿方式提出了主轴平移修砂的设计方案,解决了在磨削过程中,因联动回转工作台回转误差所造成的砂轮磨削区域形位超差的问题并完成了机床虚拟样机的设计。     

非球面磨削过程中圆弧形砂轮的磨损分析

针对砂轮磨损会严重影响非球面磨削质量的问题，基于非球面磨削的运动方式，解析了非球面磨削过程中的材料去除体积和砂轮磨损体积公式，并结合砂轮磨损实验，探究非球面磨削用圆弧形金刚石砂轮的磨损规律。结果表明:圆弧形金刚石砂轮在磨削非球面过程中由于磨损会导致其径向尺寸减小，在砂轮失效前其直径变化主要存在3个阶段:即直径快速变化阶段、缓慢变化阶段和微量变化阶段。圆弧形砂轮表面的结构特性，使得砂轮圆弧顶端的结合剂对顶端区域的磨粒把持力要低于其他磨粒的，导致该区域的磨粒和结合剂被快速磨损，直至圆弧形金刚石砂轮的几何结构不再影响其结合剂对磨粒的把持力，此后其磨损过程与平面金刚石砂轮磨损类似。      

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

钎焊砂轮精密磨削K9玻璃的实验研究

K9玻璃广泛应用于高端光学元件,但K9玻璃是具有难加工性质的脆性材料。为了提高磨削效率,尽量减少磨削损伤以及减轻后加工工序的难度,降低加工成本,许多研究者都在开展K9玻璃的加工技术研究。钎焊砂轮具有磨粒出露高度大、磨粒易排序等特点,采用钎焊金刚石砂轮对K9玻璃进行精密磨削,研究砂轮在修整过程中的变化,并观察K9磨削表面质量随磨削工艺参数的变化。实验结果表明:砂轮修整时磨粒会出现平台磨损、棱边钝化等形态变化,磨削K9玻璃表面会出现有磨痕纹理的光泽区域和剥落破碎的坑点。