环形气囊抛光技术的研究

气囊式抛光是一种极具发展潜力的抛光方法,在精密光学元件的加工领域具有广阔的应用前景.针对现有气囊式抛光磨头加工方法的不足,提出了一种环形气囊抛光技术,设计了气囊式环形抛光磨头的机械结构.基于环形气囊抛光实验平台,利用气囊式环形抛光磨头进行了工艺试验.实验结果表明,此种抛光技术能够实现光学零件高精度表面质量的加工.     

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。     

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。     

模具气囊抛光工艺规划方法

针对目前模具抛光工艺规划方法研究的不足,提出一种模具气囊抛光总体工艺规划方法.基于抛光实验,研究了不同磨粒粒度水平下工件表面粗糙度的变化规律及可达的最小粗糙度值,提出一种基于不同抛光阶段中磨粒粒度选取的模具气囊抛光工序规划方法,该方法有助于实现抛光工序的智能规划.最后基于此方法进行了抛光实验,抛光效果较好.     

气囊抛光工具的研制及特性测试

气囊式抛光是一种新颖的非球面抛光方法。气囊是该方法的关键部件,为控制它的变形和柔性,采用层合复合材料的制作方法,对气囊结构进行改进,然后从机械特性和应用两个方面,对改进的气囊进行试验和分析。研究结果表明,改进后的气囊具有变形小、柔性好的特点,能满足实际应用要求。     

气囊式抛光机数控系统的研究与开发

气囊式抛光是一种新颖的非球面抛光工艺,是一种富于竞争性的制造技术。通过对气囊抛光进动原理和抛光试验机床结构的分析,并根据气囊抛光的工作机理和控制参数,提出采用以PC嵌入CNC控制卡方式的气囊抛光数控体系结构。其硬件系统以PC与PMAC控制器为核心,能够控制6个运动轴,数控系统的软件系统建立在Windows通用操作系统平台上,具有很强的开放性、可操作性以及功能扩展性。数控系统已应用在气囊抛光试验样机上。     

基于接触特性优化的模具曲面气囊抛光实验研究

为提高模具自由曲面上的气囊抛光加工效果,在六自由度气囊抛光实验平台上对不同曲率半径的二维曲面模具进行了气囊抛光实验研究。首先,研究了模具自由曲面上不同曲率表面对于气囊抛光过程中接触区域的接触面积、接触宽度,接触力和抛光效果的影响规律;在此基础上,提出了在气囊抛光过程中通过调节气囊抛光头的下压量和内部充气压力来改变接触面积、接触宽度和接触力值的方法,使抛光时不同曲率表面接触区域内的平均接触压力相同,且沿运动方向的接触宽度也相同,从而使不同曲率表面在抛光后的抛光质量接近,使整个模具自由曲面的抛光效果达到最佳;最后,运用上述方法对二维曲面模具进行了抛光实验。实验研究结果表明,经过接触特性优化,不同模具曲率表面气囊抛光后接触区域内的抛光质量接近,抛光效果得到提高。     

自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制技术

针对自由曲面光学元件的加工特点,研究气囊抛光自由曲面光学元件进动运动控制技术,用于求出气囊工具进动过程中两虚拟轴的转角,实现对气囊自转轴空间位置的控制.以气囊自转轴为研究对象,由于自由曲面光学元件上每个点的法线三维坐标都不相同且气囊进动抛光过程中气囊自转轴与工件加工点局部法线夹角不变,提出建立基坐标系和抛光点对应三维空间坐标系的方法,得到抛光过程中气囊自转轴的空间位置变化情况,而后利用旋转坐标变换得到气囊抛光进动运动控制模型;在所建立的自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型中加入控制算法,求出抛光自由曲面光学元件各点时气囊工具两个虚拟旋转轴的转角.利用Matlab对自由曲面光学元件不同方向截面进行仿真抛光试验,得到自由曲面各方向上气囊抛光进动运动曲线以及仿真进动角曲线,结果证明了自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型及控制算法的正确性.     

气囊抛光工件的几何信息重构研究

针对传统的气囊抛光操作都需要工件CAD信息所引起的建模效率低下、操作复杂等问题,将一种能够在线自动重构工件几何信息的技术应用到机械臂气囊抛光系统中。详细介绍了抛光工件未知曲面在线重构的操作方法和基础理论原理,从而获取未知气囊抛光工件曲面的法矢量和切矢量,提出了一种基于位置内环补偿的力外环主动柔顺控制方案,利用抛光机械臂末端的位置补偿来实现气囊抛光所引起的接触力控制,并建立了气囊抛光接触力控制模型;另外,还搭建了一个能够对未知工件进行建模的实验平台,对理论原理进行了模拟性实验。研究结果表明,该策略应用于跟踪和识别一个未知的抛光工件曲面是可行、有效的。     

气囊抛光工具的模块化设计及应用

针对主动式、磁控型和磁流变型气囊抛光工具的不同结构特点和使用功能的有效集成问题,基于模块化理论,将产品需求多变性和主体结构标准化有效结合起来,充分利用共用性和组合优化效应,完成了模块化气囊抛光工具的设计,并为产品族规划打下了基础;开展了模块化基础理论、功能模块划分、结构细化设计和产品族规划等方面的分析与研究,通过柔性工作模块、磁场发生器模块、气控容腔模块、动力模块、连接板模块和传感测控模块等,充分保证了新型气囊抛光技术自动、柔性、可控、多变的特点;在以模块化气囊抛光工具为核心的机器人辅助模具自由曲面抛光平台上,进行了相关的试验研究。研究结果表明:将模块化气囊抛光工具应用于模具钢抛光,能获得Ra0.006μm的高质量表面。     

Parameters optimization of a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool

The research on the parameters optimization for gasbag polishing machine tools, mainly aims at a better kinematics performance and a design scheme. Serial structural arm is mostly employed in gasbag polishing machine tools at present, but it is disadvantaged by its complexity, big inertia, and so on. In the multi-objective parameters optimization, it is very difficult to select good parameters to achieve excellent performance of the mechanism. In this paper, a statistics parameters optimization method based on index atlases is presented for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool. In the position analyses, the structure and workspace for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool is developed, where the gasbag polishing machine tool is advantaged by its simple structure, lower inertia and bigger workspace. In the kinematics analyses, several kinematics performance evaluation indices of the machine tool are proposed and discussed, and the global kinematics performance evaluation atlases are given. In the parameters optimization process, considering the assembly technique, a design scheme of the 5-DOF gasbag polishing machine tool is given to own better kinematics performance based on the proposed statistics parameters optimization method, and the global linear isotropic performance index is 0.5, the global rotational isotropic performance index is 0.5, the global linear velocity transmission performance index is 1.012 3 m/s in the case of unit input matrix, the global rotational velocity transmission performance index is 0.102 7 rad/s in the case of unit input matrix, and the workspace volume is 1. The proposed research provides the basis for applications of the novel 5-DOF gasbag polishing machine tool, which can be applied to the modern industrial fields requiring machines with lower inertia, better kinematics transmission performance and better technological efficiency.     

未知工件CAD信息的气囊抛光技术研究

为解决传统的气囊抛光操作都需要工件CAD信息所引起的抛光效率低下、操作复杂等问题,现将一种能够在线自动重构工件几何信息技术应用到机械臂气囊抛光系统中。介绍了抛光工件未知曲面在线重构的操作方法,从而获取工件未知曲面的法矢量,提出了抛光气囊头与工件未知曲面接触力的主动控制方案,将传统的力/位并行控制算法模拟人的大脑,试着去识别工件表面的几何变化趋势,建立了具有时变约束的在线最优轨迹规划算法。通过在机械臂气囊抛光实验设备中对一未知几何信息的工件进行了自动抛光操作,对抛光效果和抛光过程中的接触力进行了实验对比和数据分析。结果表明,该策略在应用改进的力/位并行控制算法跟踪和识别一个未知的抛光工件曲面是可行、有效的。     

Reconstruction of geometry information to gasbag polishing workpiece

In order to solve the problems of reconstruct an unknown workpiece operations are always required by CAD information of workpiece which cause eeficiency low, operation complex and so on, the one which design and implementation of gasbag polishing operations which can automatically online reconstruct the geometry information of workpiece was investigated. The operation method of online reconstruction of a workpiece surface and the basic theory were introduced, in order to obtain the normal vector of workpiece surface. The outer ring of active compliance control based on the inner position loop was proposed, the position compensation at the end of the polishing manipulator was used to achieve the gasbag polishing contact force control. The contact force model of gasbag polishing was established. The trajectory planning algorithm with time-varying constraints was established. An experimental platform which is capable to reconstruct an unknown workpiece was built, the theory was simulated. The results indicate that this strategy is feasible and rffective. [ABSTRACT FROM AUTHOR]     

Effect of downward depth and inflation pressure on contact force of gasbag polishing

Gasbag polishing is a kind of ultra-precision machining technology by means of flexible contact, while how to control the polishing contact force online is one of the key issues. In this paper, by analyzing the effect of downward depth and inflation pressure on the contact force experimentally, and then the coupling contact force model is developed. Thus, the predictions of polishing contact force and inflation pressure in terms of the nonlinear composite material of rubber gasbag can be obtained, which can be used to get the optional combination and controllable range of polishing contact force, and to construct the control system of coupling contact force as well. Experimental study shows that applying coupling contact force model to the control system of gasbag polishing contact force with BP neural network PID control strategy is a proper method, which realizes the polishing contact force controllable online and uniform surface quality of mold.     

一种新型正交5-DOF并联气囊抛光机床的运动传递性能分析

提出了一种新型正交5-DOF并联气囊抛光机床,研究了这种新型5-DOF并联气囊抛光机床的运动学传递性能,定义了速度传递性能评价指标和各向同性性能评价指标,基于这种并联机器人的结构布局特点,分析了各性能评价指标在工作空间内的分布规律,为这种并联气囊抛光机床的应用提供了理论基础。这种新型正交5-DOF并联气囊抛光机床具有结构简单、承载能力强、运动惯性小、初始装配位姿解耦、工艺性好等优点,可用于空间曲面(磨具、叶片等)零件的加工及精密抛光等领域。     

气囊连续进动抛光运动模型的研究

为了控制六自由度机器人实现气囊连续进动抛光功能,建立了相应的运动数学模型。首先基于气囊连续进动抛光原理,利用齐次坐标变换矩阵,建立了气囊定点进动抛光的数学模型;在此基础上,根据气囊连续进动要求,应用坐标系转换原理,推导了气囊连续进动抛光的数学模型;通过Matlab仿真绘制了气囊连续进动抛光的运动空间,并在六自由度机器人辅助气囊抛光系统中进行了直线连续进动的实验验证,实验验证结果和仿真结果完全吻合。研究结果表明,该气囊连续进动抛光数学模型是可行的。     

机器人恒压球形公自转磨头抛光技术研究

采用工业机器人进行大口径光学元件的研抛过程中,机器人自身定位误差会导致研抛压力产生波动,进而影响去除函数稳定性,为此提出了一种机器人恒压球形公自转磨头抛光方法,并对其结构、工作原理、机器人定位特性以及研抛压力输出特性开展了研究。首先,基于Preston理论构建了材料去除模型,对去除函数形状进行了分析,对所设计抛光磨头的机械结构与工作原理进行了介绍。然后,对机器人定位误差以及磨头输出力响应性与稳定性进行了测量,验证了所提方法能够较好地适应机器人研抛压力波动而做出的力响应控制。最后,进行了定点抛光以及粗、精磨抛加工实验。实验结果表明：利用所提方法去除函数的稳定性强,通过10个周期的粗、精抛加工,面形收敛率分别为9095%、7261%,可获得较高的加工精度与面形质量。     

蓝宝石抛光技术的研究进展

本文介绍目前蓝宝石晶体主要的抛光方法，包括机械抛光、化学抛光、化学机械抛光、激光抛光等，并对它们的工作原理、特点作了分析和总结，特别对最近出现的一种新的抛光技术——激光抛光技术作了详细的介绍。