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。     

轴对称非球面轨迹包络磨削中砂轮对刀误差分析

硬脆材料的轴对称非球面光学零件所具有的回转曲面,既需要达到很低的表面粗糙度值又要有很高的几何形状精度,采用轨迹包络磨削加工是达到其精度要求的重要工艺方法。轨迹包络磨削过程中,砂轮的对刀误差是影响轴对称非球面形状精度的关键因素之一。通过建立砂轮的对刀误差数学模型,推导出轨迹包络磨削轴对称回转非球面过程中出现对刀误差时的磨削轨迹曲线方程,并分析了x方向存在、y方向存在、x和y方向同时存在对刀误差对轴对称回转非球面的曲面形状精度的影响。分析结果表明:砂轮的对刀误差将影响轴对称回转非球面的母线的形状和位置。     

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。      

石墨砂轮精密磨削铁氧体的实验研究

本试验使用石墨白刚玉砂轮精密磨削铁氧体,可实现简化工艺的目的。实验结果表明:在磨削速度24 m/s、工件速度1~10 m/min、切深2.5~7.5 μm的普通磨削工艺条件下,铁氧体零件的表面粗糙度值均达到R_a 0.18 μm以下。最小的表面粗糙度值可以达到R_a 0.09 μm,磨削表面呈镜面。因此,该磨削工艺可以完全满足铁氧体零件的表面加工质量要求。      

熔石英磨削砂轮截面轮廓分析与优化

为提高熔石英光学元件磨削加工质量,降低亚表面缺陷层深度,通过实验和理论分析发现,具有平直截面轮廓的平行金刚石砂轮,在加工熔石英光学元件时砂轮边缘位置处会产生加工应力集中,该应力集中直接导致了元件表面产生"连续白线"状深缺陷,其深度达22 μm。为抑制砂轮边缘位置加工应力集中现象,设计了"中央平直线+两侧边缘圆弧过渡"的复合式截面轮廓,并提出了相应的修整方法。通过砂轮修整实验,验证了该方法的可行性,磨削元件"连续白线"状深缺陷得到明显改善,亚表面缺陷深度小于2.5 μm,实现熔石英元件的低缺陷磨削加工。      

光学玻璃非球面延性域磨削研究

文章利用相关公式计算光学玻璃的临界磨削深度,以及工件速度、砂轮速度、磨粒粒度、磨削深度等对它的影响,分析利用MK9025曲线磨床在延性域状态下加工非球面或者球面的可能性.然后,采用金属基金刚石微粉砂轮,选择合适的磨削用量,利用MasterCAM自动生成加工程序,在MK9025数控光学曲线磨床上进行椭球面磨削实验,得到了较高的工件尺寸精度和较光洁的表面质量,通过实验验证了利用MK9025数控光学曲线磨床进行非球面光学零件精密磨削的可能性,为实际生产提供了现实依据.     

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...     

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。     

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。      

CBN高效深磨砂轮主轴的建模分析与实验研究

基于对CBN端面砂轮的研究,提出一种高效率深度端面磨削的砂轮主轴系统.主轴单元的静态特征和影响因素分析了理论计算和建模仿真分析,并验证主轴结构和参数的合理性.基于模态分析理论,砂轮主轴系统的模态测试是由锤击方法,并得到了前6阶模态参数和分析结果.结果表明:该磨削主轴系统满足了高效深磨技术要求.最后,研磨应用开发测试平台应用了磨削主轴单元和一些实验来完成高效深磨的研究.对Cr12Mo1V1工件在砂轮转速为80 ～ 100 m/s时进行了端面磨削实验,其结果为:切削深度0.175～0.5 mm,表面粗糙度0.8～3.2 μm以及圆柱度5-10 μm.     

非球面模芯镜面磨削专用杯形砂轮修整技术的研究

针对轴承钢非球面模芯镜面磨削用铸铁结合剂CBN杯形砂轮的修整问题,设计了专用摆动电极和圆弧成形电极修整装置,该装置结构简单,微调精度高;利用电极与CBN砂轮铸铁结合剂之间的电火花放电腐蚀现象,在亚微米机床上,利用高频直流脉冲电源作对砂轮进行电火花整形,整形后的砂轮通过调整放电电压与放电间隙,在电解液作用下进行短时间修锐。通过最终检测结果表明,砂轮的尺寸误差为3．5μm,最大面形轮廓误差约为3μm,修整后砂轮的尺寸误差和形状误差均达到非球面模芯镜面磨削加工要求。     

Dispersed grinding wheel profiles for accurate freeform surfaces

Dispersed grinding wheel profiles are proposed to replace its ideal ones for planning 3D tool paths in CNC grinding. Its advantage is to register irregular and discontinuous grinding wheel profiles and directly eliminate their form-truing error for the accurate freeform surfaces of a large-size workpiece. First, the actually form-trued grinding wheel profiles were dispersed to be a tool point cloud by rotating the measured 2D wheel-section profile points; then a discrete-form algorithm was constructed to plan 3D tool paths on the base of a mutual-tangency between tool point cloud and workpiece point cloud; finally, the effects of discrete-form variables such as wheel spacing angle, lattice grid size and searching interval were investigated on discrete-form accuracy and efficiency. It is shown that the discrete-form algorithm may improve the form accuracy of ground freeform surface by about 37% compared with a normal-form algorithm. In discrete-form algorithm, the discrete-form accuracy increases and the discrete-form efficiency greatly decreases with decreasing wheel spacing angle, lattice grid size or searching interval, but the discrete-form error may converge to the wheel-section profile error. It is confirmed that the lattice grid size in 0.5 mm and a large searching interval may be employed to enhance the discrete-form accuracy and efficiency simultaneously.     

Profile error compensation in ultra-precision grinding of aspheric surfaces with on-machine measurement

A compensation approach based on the on-machine measurement was developed for the grinding of tungsten carbide aspheric moulds. In this approach, the on-machine measurement was employed to eliminate the profile error caused by the re-installation of the workpiece. A new method was proposed to reconstruct the actual ground profile based on the measured profile data. The overall profile error after grinding was obtained by subtracting the target profile from the actual ground profile along normal direction and was then used to generate a new tool path for compensation grinding. The experimental results showed that after three compensation grinding cycles the aspheric surface had a profile accuracy of 177 nm (in PV) with a roughness of 1.7 nm (in R_a). The on-machine measurement was in excellent agreement with the off-machine measurement by commercially available profilometers.     

Influence of contact loss between workpiece and grinding wheel on the roundness errors in centreless grinding

The objective of this paper is the study of certain non-linear phenomena in the centreless grinding process and their effect on roundness quality. These phenomena arise as a consequence of contact loss between workpiece and grinding wheel. A simplified analysis of the problem is carried out to determine the main parameters involved. A qualitative assessment of the effect of these parameters is undertaken by means of a time simulation based on a non-linear bi-dimensional model of the centreless grinding process. Two situations are analysed: the steady process, and the transient spark-out process. The results, which are generalised in graphics form provide an estimation of roundness errors resulting from working under linearly unstable conditions. Finally, a correlation between theoretical and experimental results is presented.     

钎焊金刚石砂轮打磨钢轨的性能试验研究

针对树脂砂轮打磨钢轨时存在的火花大、粉尘污染等缺点,设计并制作钢轨打磨用单层钎焊金刚石砂轮。通过钎焊金刚石砂轮和树脂砂轮的钢轨打磨试验对比,对钎焊金刚石砂轮的综合性能进行评价。试验结果表明:在稳定打磨阶段,相比树脂砂轮,钎焊金刚石砂轮的磨削效率高、磨削电流小、磨削火花小,打磨后的工件表面粗糙度好;钎焊金刚石砂轮的主要失效原因是磨屑黏附。      

风电齿轮磨削裂纹分析和试验研究

风电齿轮磨削加工是整个齿轮加工过程中的最后一道加工工序,也是最为关键的一道加工工序,其磨削加工质量直接影响齿轮箱的整体质量。本文针对3 MW风电齿轮箱二级太阳轮磨削裂纹进行理化检验和分析。采用外观形貌分析、化学成分分析、金相分析、热处理工艺分析等方法对磨削裂纹产生的原因进行了分析。结合分析结果得出预留空刀量和粗磨进给量的大小是引发裂纹的显著因子。