W-Mo合金精密镜面加工工艺的实验研究

为了研究W-Mo合金材料精密加工的新途径,采用在线电解修整(ELID)精密磨削和超精密研抛技术,对其进行了精密镜面加工实验,分析了此材料超精密镜面表面的形成机理。通过ELID磨削加工得到了表面粗糙度Ra0.020μm加工表面,再以研抛压力为0.1~0.3 N/cm2,转速为60~100 r/min等优化研抛参数进行研抛加工,获得了表面粗糙度为Ra0.012μm精密镜面加工表面。实验表明:ELID精密磨削加工是保证工件表面质量的基础,超精密机械研抛时研抛压力及转速等参数对工件表面质量起主要影响作用。     

基于ELID磨削WC-Co硬质合金表面机械研抛研究

本文采用ELID磨削和机械研磨抛光复合技术,对WC-Co硬质合金表面进行了超精密加工实验研究。首先采用ELID磨削对WC-Co硬质合金表面进行预加工,获得表面粗糙度Ra18 nm的精密加工表面。在此基础上对其进行机械研磨抛光加工,研抛盘转速设定为150～200 r/min,研抛压力控制在0.2～0.5 N/cm2范围;机械研抛时,首先采用含W1金刚石磨粒的研抛液,对ELID磨削后的表面进行加工100min左右,以达到快速去除的目的。再用含W0.5金刚石磨粒的研抛液,进行机械研抛约100 min,最后获得Ra4 nm的超精密表面。同时,针对机械研磨抛光过程,本文深入研究了磨料种类、粒度、抛光液溶剂、研抛压力、研抛加工时间等因素对加工表面粗糙度的影响。     

环抛机直驱电机转台系统设计

针对光电子基片超精密抛光对抛光机盘面转台的低速稳定运转要求,提出了采用无框直驱电机直接驱动液体静压转台旋转、圆光栅反馈转速、运动控制卡进行闭环控制的解决方案。基于LabVIEW程序和研华API通用运动架构设计人机交互控制系统,通过电流环、速度环和位置环搭建的三闭环控制系统由内而外逐步推导出传递函数,建立了转台运动控制系统的数学模型。使用Matlab内嵌的Simulink模块进行仿真分析,结果表明,所设计的环抛机直驱电机转台系统速度波动范围在1%以下且运行平稳,可满足光电子基片超精密抛光的要求。     

一种研抛力控制的复杂曲面高效研抛加工新方法研究

传统的曲面研抛加工方法通常是在恒定研抛力、指定研抛路径下的研抛,或是通过调节压力实现研抛点等压力研抛,目的都只是加工余量的恒定去除,并通过对工件进行面型检测且多次循环研抛加工才能达到理想曲面的效果,效率较低。为了解决传统的复杂曲面研抛加工效率低的问题,基于Preston理论提出一种研抛力控制下的复杂曲面研抛加工新方法,以五轴超精密研抛机床为实验平台,在研抛力控制下实现仿人研抛操作,实现在去除研抛加工余量的同时消除曲面面型误差。采用该方法对K9玻璃进行研抛,研抛后表面粗糙度Ra值的范围稳定在0.011~0.024μm之间,较传统恒力研抛加工效率明显提高,说明了该方法对复杂曲面研抛加工的有效性。     

沿刀轴Z向控制方式摇臂铣加装C轴后的扩展应用

数控摇臂铣床加装转台C轴后再利用其摇臂做相对固定的主轴摆角即可实现摆头+摆台组合的五轴加工,从而使其加工工艺范围得到拓展,但针对摇臂铣Z轴运动控制方式的不同,其坐标转换的算法规则也不同。在使用Master CAM构建相适应的固定倾角五轴加工刀路的基础上,对沿刀轴Z向伸缩控制的机床结构模式,进行了后处理的算法修正,并通过VERICUT多轴仿真系统实施了验证。     

铣刀盘的5轴数控加工

基于铣刀盘的结构特点,对铣刀盘零件进行加工工艺分析,制定加工工艺方案。利用NX软件设置加工参数,编写刀路轨迹,运用5轴联动的方法生成刀路,利用VERICUT仿真软件进行仿真加工,并应用双转台5轴联动机床完成了该零件的加工。     

基于CNC多轴加工技术的剪毛机摆杆加工

为了提高剪毛机摆杆的加工精度、生产效率,减轻劳动强度,设计制作了一套配合DMU80 mono BLOCK~5轴联动加工中心使用的工装夹具,并对工装夹具压紧力是否满足摆杆夹紧要求进行验证;运用UG 8.0编制切削加工路径程序,优化HEIDENHAIN iTNC530系统后处理设置,并生成CNC程序代码,借助加工仿真软件VERICUT7.2.1验证了切削路径无机床碰撞、干涉和过切现象;试制了合格的摆杆并完成批量加工,对所加工的420件剪毛机摆杆进行检测,测得加工单件摆杆所需时间约为17min,摆杆的加工成品率约为99.3%,抽检摆杆各个已加工孔表面粗糙度均为Ra0.8μm。通过对比DMU80 mono BLOCK~5轴联动加工中心与普通机床两种加工方案,得出使用DMU80 mono BLOCK~5轴联动加工中心进行摆杆加工加工精度较高,生产效率明显提高,操作人员劳动强度降低,符合实际生产要求。     

五轴联动数控加工中旋转角的优化和选择

根据A-C双转台五轴数控联动机床的运动学模型,结合其结构及工作空间,研究了该类五轴联动数控机床的旋转角优化选择策略及其优化算法,通过仿真分析和加工实验对该算法进行了验证,为该类机床旋转角的优化选择提供了方法.     

直驱式数控转台双面刹车机构的力学特性分析

为了解决直驱式数控转台零件加工时台面固定的问题,提出了一种直驱式转台的双面刹车机构。结合刹车机构的结构,利用微分的方法计算出机构的刹车力矩。为了进一步分析机构中的关键零部件刹车盘,应用有限元分析软件Ansys Workbench对刹车机构进行接触应力分析,以获取关键零件刹车盘的变形量及应力值,其最大等效应力为77.447 MPa,远小于刹车盘材料的许用应力,表明刹车盘的强度满足设计要求。通过模态分析获取其前6阶的固有频率和振型,表明刹车盘在激振频率为689.68、864.65、881.25、893.63 Hz时刹车盘会产生共振,应在零件加工时尽量避免这些频率以保证加工精度。最后实测刹车力矩并与计算值对比,力矩吻合度为93%,并对比设计所需刹车力矩,计算出安全系数为1.437,刹车力矩满足设计要求,验证了刹车机构的合理性和工作的可靠性。     

异形体的五轴联动数控加工

基于CAXA制造工程师2011软件平台,针对某一具体异形体零件,建立其三维模型,制定了加工策略,合理规划刀具轨迹,再导入VERICUT软件进行仿真加工,最后利用双转台五轴联动数控加工中心,一次装夹完成了全部加工,经检测完全满足图纸要求,从而进一步体现了五轴联动数控加工中心在实际加工中的优势。     

复杂曲面研抛加工材料去除廓形建模研究

为了研究复杂曲面工件研抛加工时的去除量,建立了复杂曲面工件移动研抛表面材料去除廓形的预测模型。利用圆形赫兹接触理论对球形磨头和复杂曲面工件的接触压强分布进行分析建模,同时对球形磨头研抛区域的相对线速度分布进行理论推导,利用微元积分原理和移动材料去除指数建立了移动研抛表面材料去除廓形的理论方程并用MATLAB软件对材料去除廓形的理论方程进行了仿真。结果表明材料去除深度与法向正压力、磨头转速、研抛倾角成正比,与进给速度成反比;廓形宽度与法向正压力成正比,磨头转速、研抛倾角、进给速度不影响廓形宽度;研抛偏角对去除深度和廓形宽度的影响可以忽略不计。     

多槽线切割联动机构的优化设计

以机构的工作速度能够尽量均匀平稳为目标,通过改变杆长参数对一种主要用于轮胎模具加工的多槽线切割联动机构进行了优化设计,并利用ADAMS系统仿真分析软件对优化前后的机构进行了运动仿真分析。结果表明:优化后的机构工作冲击减少,工作性能有所改善。     

基于HNC848B五轴数控系统的UG后处理开发与应用

以配置HNC848B五轴数控系统的某JT-GL8-V立式五轴加工中心为基础,开发相应的UG后处理程序,解决五轴加工中转台预转、A轴超程、进刀、程序连刀等五轴核心技术问题。利用VERICUT软件建立相应的仿真平台,采用该后处理程序生成2个典型零件的加工程序。通过仿真和实际加工验证该五轴后处理安全、可靠,能够满足定向加工、钻孔、五轴联动的加工需求。     

最小非线性插补误差约束的多轴侧铣刀轴矢量优化

机床运动轴的线性插补会导致刀具位置及刀轴矢量的非线性插补,造成的非线性误差是影响曲面侧铣精度的重要因素。为减少刀轴矢量非线性插补造成的侧铣加工误差,建立转台旋转-刀轴偏差角模型,证明当机床旋转轴线性联动时刀轴矢量的插补一定是非线性的,并提出刀轴矢量线性插补的条件。在加工坐标系中建立球面坐标系,讨论相邻插补刀轴矢量在球面坐标系中的经纬度差异,以及对刀轴偏差角的影响。通过计算知相邻刀轴矢量的夹角与刀轴最大偏差角不呈单调关系。提出相邻刀轴矢量平均纬度最小化的优化目标;通过改变工件装夹姿态,满足优化条件。以典型叶片曲面类零件的曲面侧铣加工为例,验证刀轴矢量线性插补的约束条件。利用BC轴转台式机床进行加工,借助优化刀轴矢量在转台旋转-刀轴偏差角模型中的平均纬度,验证所提方法的有效性。     

精密研抛数控机床几何误差与热误差复合建模及其补偿研究

为了提高精密研抛数控机床的加工精度,对研抛数控机床的几何误差与热误差进行了研究与分析,发现随着机床相关部件温度的不断升高直至热稳态,机床的定位误差也不断增加到稳态值,验证了几何误差和热误差是精密及超精密加工误差的主要来源。综合考虑了机床复合误差的不同特点并进行误差分离,提出了基于牛顿插值算法和最小二乘法的几何与热复合误差建模方法,依据复合误差模型进行补偿实验,补偿后机床冷态下定位误差值从3.5μm降至1.2μm,误差降低了65.7%,热稳态后定位误差值从12.2μm降至1.9μm,误差降低了84.4%,实验结果证明复合误差模型计算简单、预测精度高、具有较好的鲁棒性,为提高机床的加工精度提供了理论与实践依据。     

车铣复合直驱转台动静态特性优化设计

针对降低直驱转台质量防止惯性影响其加工精度的问题,开展动静态特性分析、响应面构建、灵敏度分析以及NSGA-II遗传算法优化;对比、分析优化前与优化后的直驱转台加工参数。结果表明：优化后的参数不仅能够更好地满足加工需求,而且可提高直驱转台的刚度和1阶固有频率,显著降低该型号直驱转台的质量。     

多智能体研抛系统多体动力学研究

将MAS理论有机地引入串并联动研抛加工中,提出一种由串联机器人Agent、并联运动平台Agent、研抛工具系统Agent等组成的多Agent联盟控制模型.通过引入点线副,建立该研抛系统的约束多体动力学方程,以便准确地规划出各机器人的运动轨迹,为优化研抛加工的控制参数,实现串并联动协调研抛自由曲面的最优加工参数配置和最优加工路径规划提供依据.     

虚拟轴混联研抛机床含间隙多刚体动力学研究

为了在自由曲面的弹性研抛中,获得稳定的动力学特性和加工效果,开发了一种由“3轴并联 2轴串联”构成的新型五自由度混联虚拟轴研抛机床。本文考虑铰接间隙的影响,运用牛顿二状态运动模型,对虚拟轴混联研抛机床并联机构建立了含间隙多刚体动力学统一方程。分析结果表明,由于间隙铰的存在,使间隙铰处运动副反力呈现大幅度连续波动现象,影响了虚拟轴混联研抛机床的运动稳定性。     

环境温度对微进给平台定位精度影响规律的研究

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分，加工环境条件极其微小的变化均可能影响其定位精度。文章运用I-DEAS软件，针对自行研制的一台精密磨削用多自由度辅助微进给平台，在假定其它加工环境均满足加工要求的前提下，对不同环境温度下其热变形情况进行了初步的研究。研究发现，微进给平台沿z向的最大变形量与环境温度呈正比；环境温度对微进给平台z向最大变形量的影响与微进给平台的动平台上表面温度值的大小呈正比。     

超精密静压支承部件及其在超精密加工机床的应用

超精密加工技术与装备在近年得到极大发展。超精密静压部件是超精密加工装备关键共性部件。以平面气体静压支承为例,介绍了静压支承基本工作原理。对超精密液体/气体静压主轴、导轨和转台的结构特点、技术特性、应用场合作了较全面的介绍;以典型超精密加工机床为例,介绍静精密静压主轴、导轨和转台在超精密加工机床中的应用。