大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究

大型光学非球面元件的特殊优越性使其在现代光学系统中是不可替代的,实现高效率、更经济的生产以满足对其数量与质量的迫切要求是光学元件的制造面临的一大难题.二轴联动的超精密数控机床是用来加工轴对称非球面光学元件的,若在工件主轴上安装可以精确给出旋转角度的码盘,并使用金刚石砂轮就可以用来进行非轴对称非球面的超精密磨削加工.在对轴对称与非轴对称两种不同非球面的曲率分析基础上,给出了两种曲面加工相应的几何模型.通过计算机仿真验证了该加工方法的简便与可靠性.对二轴联动的超精密数控机床的技术改造可以实现三维加工,为提高效率、降低设备投入提供了依据.     

环状内外球面智能精密磨削方法与控制模型研究

提出了一种基于法线跟踪的环状内外球面智能精密磨削方法,其原理是：球面球心与工件坐标系原点重合、球面绕坐标系的y轴旋转。在磨削过程中,控制砂轮主轴的摆动角度,使砂轮主轴旋转中心线与球面母线上磨削点的法线始终保持重合。进一步对球面尺寸进行实时检测,对砂轮损耗进行自动补偿,自动完成整个磨削过程。以此方法研制出原型机。研究结果表明,所提出的方法能够用简单的控制模型实现内外球面智能化的精密磨削。     

光学非球面超精密磨削的微振动对成形精度影响研究

轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象建立了砂轮轴和磨床主轴微振动引起的非球面球面半径偏差的数学模型,研制了高精度微振动动态测量装置,测量精度达0.02 μm. 针对研制的大口径超精密非球面磨削机床分析测量了砂轮轴转速和磨床主轴转速、砂轮轴和磨床主轴的静压轴承油压对砂轮轴和磨床主轴的径向微振动和轴向微振动的影响,确定了使该磨床砂轮轴和磨床主轴微振动量最小时的砂轮轴转速和静压轴承油压以及磨床主轴转速和静压轴承油压的工艺参数,利用该参数加工的500 mm口径的非球面面型精度小于4 μm.     

大型球面精密磨削的球度判别与误差在位补偿方法研究

提出了一种针对大型球面精密磨削、基于图像识别的球度误差判别和误差在位补偿新方法,主要原理是根据展成法球面磨削原理在球面上形成的磨削迹线形貌特征来判别球面的形状误差。根据球面形状误差,来判别砂轮磨削主轴旋转中心线与球体旋转中心线的几何位置偏差状况,对机床几何误差进行分析和数学建模,在此基础上,提出了展成法球面磨削球度误差的在位补偿方法,并设计了在位补偿装置。实验表明该方法可以有效提高大型球面磨削的形状精度。     

光学非球面磨削中的圆弧砂轮修整误差分析

针对光学非球面磨削加工中对圆弧砂轮修整精度要求比较高的特点,采用GC杯形砂轮修整器对圆弧砂轮进行修整,并分析杯形砂轮修整器几何误差和原理误差。在此基础上,讨论了各种误差对圆弧砂轮的修整及对非球面加工的影响程度,确定修整器定位倾斜误差是影响圆弧砂轮修整的主要因素,特别是对圆弧半径的影响。针对定位倾斜误差因素进行了砂轮修整实验,结果表明定位倾斜情况下拟合的圆弧半径残差较大且残差分布与理论分析一致。非球面加工实验显示定位倾斜情况下的工件面形误差分布情况与理论分析一致。修整器调正后再次进行加工,结果呈现不同的面形误差分布且误差减小了,验证了定位倾斜误差对非球面加工的影响。     

磷酸ニ氢钾晶体精密磨削的试验研究

磷酸二氢钾(KDP)晶体具有质软、脆性高，各向异性等不利于材料加工的特点，被认为是最难加工的光学材料。本文采用普通刚玉砂轮和金刚石树脂砂轮对KDP进行磨削试验研究，初步揭示了不同磨削工艺参数对磨削力和表面形貌的影响规律；通过理论计算得到了KDP晶体(001)晶面临界磨削深度，进而探讨了超精密磨削KDP晶体获得较好表面形貌的途径。     

碳纤维复合材料构件干磨削砂轮研制及其加工性能研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有硬度高、各向异性、非均质的特性,是典型的难加工材料之一,磨削中极易发生分层和砂轮堵塞现象.结合碳纤维/环氧树脂复合材料构件干磨削的加工需求,研制了磨料群可控排布超硬磨粒电镀砂轮.并以常规单层电镀砂轮为参照,对碳纤维/环氧树脂复合材料进行了干磨削加工试验.结果表明:新型的磨料群可控排布砂轮在...     

应用灰色聚类法评价陶瓷材料的磨削加工性

提出一种陶瓷材料磨削加工性的评价方法,能够同时考虑影响陶瓷磨削加工性的多种因素。选择陶瓷材料为聚类对象,选取陶瓷材料磨削加工性的影响因素作为聚类指标,将陶瓷材料的磨削加工性分为不同的灰类等级。确定陶瓷磨削加工性影响因素的灰类白化函数,利用离差法计算磨削加工性影响因素的灰色定权系数,经过计算得到每种陶瓷材料的聚类向量,通过比较聚类系数确定陶瓷材料的磨削加工性等级。以碳化硅、氧化铝、氮化硅和氧化锆4种陶瓷材料为例,同时考虑材料的性能参数和加工过程／输出参数,应用灰色定权聚类方法,4种陶瓷材料被分为3个不同的磨削加工性等级。研究结果表明灰色定权聚类是一种可行的陶瓷材料磨削加工性综合评价方法。     

杯形砂轮断续磨削WC-Co涂层温度研究

对杯形砂轮断续磨削碳化钨涂层的温度进行了相关研究。针对杯形砂轮断续平面磨削实际工况,计算出移动热源有效宽度;通过简化磨块形状合理采用传统热源模型;并对三角形和矩形热源模型进行理论分析和对比。把实测的磨粒端面温度和一维导热模型结合起来研究传热比,通过计算不同工艺参数下的传热比R_w值,使得磨削温度理论值更接近实际测量值,最后通过实验验证其可行性,并分析了磨削各参数对工件表面涂层温度的影响,其磨削温度随磨削深度,砂轮线速度,工件进给速度的增加呈现增长的趋势,进而对实际的磨削加工起到有效的指导作用。     

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学（SPH）法对单颗金刚石磨粒磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明：与普通磨削（CG）相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削SiC陶瓷时磨削力大于切削Al₂O₃陶瓷的磨削力。     

曲面点磨削过程中砂轮状态的CCD动态监控系统研究

介绍了曲面点磨削的工作过程,设计出针对砂轮磨损状况的CCD动态监控系统,利用CCD摄像机对砂轮磨削点处进行实时图像采集。利用亚像素边缘定位算法,对砂轮图像进行轮廓提取,并与理论轮廓进行比较。实验结果表明,CCD动态监控砂轮磨削状态的方法是非常有效的,而且检测精度也比较高,得到了较为合理的测量结果。     

SiC单晶切割过程中接触弧长建模与实验

SiC单晶具有良好的物理和机械性能,广泛应用于大功率器件和集成电路行业,但因高的硬度和脆性,使其切割、研磨和抛光加工过程成为难点。在固结金刚石磨粒的线锯切割SiC单晶过程中,由于受各种因素的影响,使得切割力呈动态变化,而影响切割力的直接因素就是工件与线锯之间的接触弧长。根据线锯和工件的运动过程,分析接触弧长产生的过程,建立往复式线锯切割过程中接触弧长的数学模型,并对该过程中实验和仿真产生的误差进行了分析。以单颗磨粒的切深为基础,确定模型中的切削深度。仿真和实验结果表明,建立的模型可以较准确地预测不同工艺参数下的接触弧长。     

超声辅助磨削陶瓷材料的裂纹产生与扩展仿真研究

基于光滑质点流体动力学(SPH)法,研究超声磨削陶瓷材料过程中磨粒冲击工件的裂纹产生及扩展情况,揭示不同超声冲击速度下材料的去除特性及表面层损伤规律。仿真结果表明:磨粒以不同速度压入工件一定深度后,工件开始产生侧向裂纹和径向裂纹;随着冲击速度的增大,工件材料受冲击部位周围的局部崩碎现象明显减少,产生侧向裂纹时磨粒压入工件的临界深度减小,而产生径向裂纹时的临界深度无明显变化。磨粒压入工件的深度增加,观察两种裂纹的扩展情况发现:冲击速度提高,侧向裂纹扩展速度变慢、尺寸减小,而径向裂纹则无明显变化。证实了随着冲击速度的提高,即超声效果加强时,工件的塑性域去除范围增大,但不会引起表面层损伤增大,最终表面质量得到提高。