基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

由于百页轮具有一定的柔性,故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致,直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数,并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型,据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度),获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后,通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性,结果表明,该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。     

基于流变原理的柔性接触抛光材料去除模型综述

基于流变原理的柔性接触抛光是通过辅助场控制智能材料转变相态形成柔性抛光头进行加工的一类抛光,能够满足复杂形面零件所需的高形状精度和高表面完整性要求。材料去除函数能直观地反应抛光后工件表面轮廓,是实现工件材料确定性去除的关键。对当前具有代表性的柔性接触抛光方法如磁流变抛光、电流变抛光、磁射流抛光、剪切增稠抛光进行综述,阐述了基于不同理论建立的材料去除模型,分析了各个模型的主要影响参数,比较了各个模型的特点。对柔性接触抛光方法及其材料去除模型研究趋势进行预测。     

约束磨料流体抛光材料去除模型研究

为了研究约束磨料流体抛光的材料去除模型,使用Matlab软件对加工区流场进行压力和速度仿真。压力场仿真结果表明,最大压力峰值出现在限控轮与工件的最小间隙区域,并且该区域的压力梯度变化很大;速度场仿真表明,流体速度在x轴方向上占主导地位,在y轴方向上出现了侧泄,在z轴方向上速度很小。建立了冲击侵蚀去除模型,结合Finnie塑性剪切磨损去除模型建立了约束磨料流体抛光材料去除模型,模型表明,冲击角度为45°时材料去除量最高。对K9玻璃进行的约束磨料流体抛光实验表明,建立的材料去除模型与实验结果基本吻合。     

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.     

时变去除函数在气压砂轮抛光中的应用研究

针对气压砂轮抛光中通过驻留时间控制材料去除量需在模具表面多去除一层材料及抛光效率低等问题,提出了一种基于时变去除函数的抛光材料去除量控制方法。该方法以抛光工具所能达到的最大进给速度在模具表面进行抛光加工,无需多去除材料,通过实时改变抛光工具的去除能力以适应面形误差的变化,极大地缩短了抛光时间;开展了抛光材料去除过程研究,建立了气压砂轮抛光工具进给速度与面形数据和抛光去除函数之间的关系,提出了抛光过程时间的计算方法;针对时变去除能力超出抛光工具最大去除能力的问题,提出了在气压砂轮抛光中对需去除的材料进行分层抛光的思想。最后,通过抛光过程时间对材料去除量控制的两种方法进行了对比分析。研究结果表明,在气压砂轮抛光中采用时变去除函数来控制材料去除量能极大地提高抛光效率。     

陶瓷手机后盖恒压力抛光技术

针对曲面陶瓷手机后盖精密加工中存在的良品率低的问题,提出了一种基于恒压力控制的工具型磨削机器人柔性抛光工艺。文中搭建了曲面陶瓷手机后盖抛光实验平台,研究了工业机器人主动恒力装置的工作原理及内部控制系统模型;通过主动恒力装置控制不同组的抛光压力对曲面陶瓷手机后盖进行抛光实验,探究了抛光压力对曲面陶瓷手机后盖的抛光质量与磨削比的影响规律。     

超声振动抛光中材料去除原理与力学分析

根据超声振动抛光原理分析了弹塑性材料抛光过程中的材料去除方式;建立了弹塑性材料的材料去除模型,给出了磨粒速度、冲击载荷和工件表面受力变形的数学表达式;分析讨论了抛光过程和抛光参数的影响并用已有实验验证了该模型的合理性。     

用于模具自由曲面的新型气囊抛光中磨粒场的分析

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。研究了气囊抛光接触区内磨粒的运动轨迹、压力分布和抛光力的分布情况,建立了气囊抛光接触区内磨粒的运动模型、压力模型,揭示了气囊抛光接触区内磨粒直径对抛光力和被加工工件内部剪切应力的影响规律,研究了抛光过程中工件内部的剪切应力分布,明确了材料疲劳去除机理。为气囊抛光的应用奠定了理论基础。     

涡轮叶片的双头恒力抛光技术研究

根据涡轮叶片的特征,对其抛光工艺进行了分析,提出了"三轴两联动行抛法"的双头柔性恒力叶片抛光工艺方法,分析和探讨了抛光路径的生成原理、抛光速度的控制以及抛光力的控制,并开发设计了基于该方法的涡轮叶片抛光机,抛光头采用气囊。利用该方法,两个柔性抛光头同时对叶片的叶盆、叶背进行抛光;抛光机采用三轴控制方式,控制简单、成本低,双头恒力柔性抛光有效保证了抛光质量,提高了生产效率。     

模具液流悬浮抛光动态参数研究

为解决模具复杂型腔及异形孔自动化抛光问题,首先建立了模具液流悬浮抛光系统,开发了液流动压力监测平台,实现了抛光工具位置及转速控制;之后结合液流动压理论,分析了模具材料去除模型,获得了流场与压力分布规律;接着通过试验研究了转速和间隙对液流动压力的影响规律;最后优选了6 000 r/min转速和60μm间隙对模具工件进行了...     

砂带抛光机器人力/位混合主动柔顺控制研究

以复杂曲面为加工对象,将机器人、砂带机和在线恒力控制算法相结合构成机器人恒力抛光控制系统。对抛光系统加工过程中所受作用力进行分析,根据机器人运动学坐标变化,提出重力补偿算法,消除工件重力对恒力抛光控制系统的干扰。建立力/位置混合机器人主动柔顺控制策略,提出了基于最小二乘参数辨识的力控模型求解方案,并基于模糊PID完成过程控制,实现对抛光力的恒定控制。通过对卫浴五金件的磨抛实验,结果表明该算法可以有效的实现机器人柔顺控制,保持恒力磨抛。     

基于粘弹性球形小磨头的小口径非球面模具抛光

传统的抛光方法加工小口径非球面模具，存在工具容易干涉和面型误差补偿精度差的问题。提出一种使用粘弹性聚酯纤维布包裹球形小磨头的子孔径抛光方式，以适应小口径非球面模具的轮廓形状变化。首先，通过探究纤维布的压缩量与其不可恢复形变量和粘弹性应力的关系，确定抛光过程中纤维布的压缩形变规律，提出以纤维布的粘弹特性为基础，建立抛光压强分布模型，并结合抛光工具与模具的位姿得出合线速度分布规律，建立小磨头抛光单位时间去除函数；然后，通过单点抛光和均匀抛光实验，证明了粘弹性聚酯纤维布包裹球形小磨头的抛光方式比单独采用刚性球形小磨头抛光的效果更佳；接着使用粘弹性球形小磨头进行环带实验，探究了驻留时间、抛光压力、抛光工具转速和工件轴线速度等工艺参数对碳化钨模具的材料去除深度和表面粗糙度的影响规律，并对直径为9.7mm的回转对称非球面碳化钨模具进行面型误差补偿仿真与验证；最后，结果表明模具的面型误差仿真结果和实验补偿效果都有效收敛，面型误差PV值(Peak to valley)从0.208 7μm改善至0.079 9μm，而且中心处表面粗糙度Ra由20nm降至10nm。证明了提出的基于粘弹性球形小磨头的子孔径抛...     

连续进动气囊抛光行间距优化及实验研究

为提高和调控模具加工质量,针对行切法连续进动气囊抛光的行间距优化问题进行了仿真分析和实验研究。在取得优化进给速度和叠加次数的基础上,兼顾抛光效率与抛光效果,运用二分法原理,通过MATLAB仿真分析了行间距对气囊抛光材料去除特性的影响,获得了优化行间距D=8.2mm。基于建立的连续进动气囊抛光离线规划原型系统进行了实验对比验证,实验结果与仿真结果吻合。     

超声振动辅助固结磨粒抛光硅片表面形成机理及实验

基于超声加工所具有的加工效率和加工表面质量高等特性,提出了一种超声振动辅助固结磨粒化学机械复合抛光硅片新技术。对抛光工具及复合抛光实验系统的建立进行了描述,在此基础上开展硅片抛光表面形貌及材料去除机理的理论及实验研究,得到不同抛光力下的研究结果。所建立的理论模型及实验结果表明,超声振动辅助固结磨粒抛光有利于硅片表面质量及材料去除率的提高,且随着抛光力的增大,抛光表面质量下降,材料去除效果提高。     

基于柔性材料的双喷头3D打印技术研究

针对生物凝胶、硅橡胶等柔性材料复杂形状成型困难的问题,提出一种双喷头3D打印方法,实现模具和柔性材料的一体化成型。在深入研究FDM 3D打印原理的基础上,将FDM 3D打印机装置进行改装,设计了一套可以打印两种不同材料的双喷头3D打印装置。其中一个喷头打印PLA等工程塑料,用作支撑和模具;另一个喷头用来打印硅橡胶、生物凝胶等具有流动性和黏性的柔性材料。试验结果表明:该双喷头3D打印装置打印硅橡胶、生物凝胶等柔性材料,能够较好地完成模具和材料一体化成型的打印任务,为生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型工艺提供了有效的方法。     

大型曲面柔顺抛光材料去除的理论建模及实验研究

针对大型曲面柔顺抛光过程中的材料去除问题,重点对柔顺抛光工具与工件表面接触区域的材料去除量进行建模,并推导出影响材料去除量的主要因素是摩擦系数。基于柔顺抛光工具系统和数控铣床建立实验平台,进行了大型曲面柔顺抛光过程的摩擦系数实验和电机电流监测实验。结果表明,接触区域内随着抛光工具驻留时间的延长摩擦系数呈增大趋势,电机电流与抛光力之间存在实时对应的关系。理论与实验相结合,验证了摩擦系数对材料去除量的影响。     

光学玻璃磁流变抛光液的研究与材料去除实验

根据磁流变抛光液的评价标准,合理选取了磁流变液的各成分,配制了三种型号磁流变抛光液。用配制的抛光液对K9玻璃进行了定点抛光实验,证明了该磁流变液性能良好,达到了预期的材料去除效果。得到了材料去除率曲线规律,以及单位时间材料去除深度微观空间形貌,为建立磁流变抛光材料去除函数模型提供了依据。     

集成力反馈的虚拟砂带抛光示教系统设计与实现

通过传统的编程方式(在线示教、离线编程)定义复杂曲面的抛光轨迹是一项复杂繁琐的工作,为了给机器人砂带抛光示教过程提供一种更加自然有效的交互方式,应用虚拟现实技术和力觉反馈技术,首先提出砂带抛光的力觉模型;然后,在此基础上,集成Phantom Desktop~力反馈设备开发了一套虚拟示教系统。用户在示教过程中能够更加自然真实地根据实时反馈力动态调整抛光力度、位姿等参数,获得理想的抛光质量。应用该系统进行的力学验证实验和工件加工表面质量评估实验表明:所提出的力觉模型能够准确模拟真实抛光过程中工件的受力情况,机器人在应用该虚拟示教系统进行示教后,所加工出的工件可获得与手工抛光相比拟的抛光质量。     

大口径光学元件的机械手抛光

为满足大口径光学元件多模式组合加工技术(MCM)的需要,研制了JP-01型数控抛光机械手。该机械手采用柱坐标结构,ρ-θ极坐标运动方式,ρ、θ两轴联动完成MCM加工所需各种运动。运用齐次坐标变换理论和Preston方程,在分析机械手抛光过程中工件表面上任意一点的相对速度、压强及抛光时间的基础上,建立了机械手抛光的材料去除数学模型,同时求解了JP-01型机械手的位姿转换矩阵。运用所建立的数学模型对MCM加工中修正环带误差和局部误差时单个抛光盘常用运动模式的材料去除特性进行了计算机模拟。应用JP-01型机械手对一口径为240 mm,F数为1.5的球面反射镜进行了确定性抛光实验,最终面形精度达到14.6 nm(RMS)。实验表明,所测得数据与理论分析数据吻合,建立的数学模型能真实反映材料去除分布特性,可以指导抛光实现确定性加工,JP-01型机械手能够提供MCM加工所需运动形式。     

SiC单晶片研磨材料去除率研究

碳化硅(SiC)单晶片属于难加工材料,在使用之前必须要进行研磨与抛光。材料去除率(Material removal rate,MRR)是衡量SiC单晶片研磨与抛光效率的重要因素。针对传统研磨与抛光过程中考虑磨粒摩擦磨损时建立的材料去除率公式对材料去除的不足,考虑SiC单晶片研磨时磨粒挤压嵌入阶段的材料去除,建立了新型的材料去除率公式。根据SiC单晶片、磨粒与研磨盘之间的接触状态,推导出了包含嵌入阶段和摩擦磨损阶段材料去除的新型MRR数学模型;结合材料的物理特性(如硬度与弹性模量等),进行研磨实验。实验结果与模型预测结果表明,新型材料去除率公式的预测结果更接近实际情况。