复杂曲面机器人砂带磨抛材料去除深度预测模型及试验研究

针对复杂曲面零件的磨抛过程中曲率半径对机器人砂带磨抛加工中型面精度的影响,开展基于多曲率半径镍基高温合金的机器人磨抛加工试验研究。主要探究不同曲率半径的试验件的磨抛加工性,对不同曲率半径的镍基高温合金试验件进行砂带磨抛加工设置相应的砂带粒度和磨抛工艺参数,采集试验件的材料去除深度,并对试验结果进行研究分析。试验结果表明,曲率半径的变化对材料去除深度存在着一定的影响,在曲率半径由大到小的变化中,材料去除深度也随之增加,即材料去除深度与曲率半径呈负相关关系。基于多元非线性回归模型提出关于砂带粒度、进给速度、接触力、工件曲率半径等影响因素的机器人砂带磨抛材料去除深度预测模型,模型的平均预测误差为1.45μm,准确率达到91.04%,预测误差区间为–5.34~4.57μm,并对预测模型进行显著性检验,表明该预测模型可为实际机器人砂带磨抛加工前期工艺参数设计提供重要的理论支持。

机器人恒力干磨削的材料去除深度建模

在机器人末端安装被动柔顺装置进行恒力干磨削加工,材料去除深度较难控制。为确定合适的磨削用量控制材料去除深度,根据磨削理论和磨削力经验公式,建立关于法向压力、进给速度和主轴转速的材料去除深度模型,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。通过正交实验标定模型的未知参数,建立完整的材料去除深度模型;通过单变量实验分析材料去除深度与磨削用量的关系;通过多变量随机实验对材料去除深度模型进行验证。单变量实验和随机实验表明,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。在磨削加工精度允许范围内,可以根据材料去除深度模型确定磨削用量控制材料去除深度。

微织构固结磨料抛光轮无水抛光熔融石英光学元件技术研究

抛光是精密光学元件制造的最后一道冷加工工序,当前采用的游离磨料抛光技术蕴含的不可控因素较多,且会在元件表面产生水合层并存在磨料浪费等问题。为了实现可控绿色抛光并确保光学元件达到所需的表面质量要求,固结磨料无水抛光技术以其独特的优势开始得到推广。然而,固结磨料抛光轮在加工时磨损剧烈,耐用性和散热性有所欠缺。因此,在抛光轮上构建螺旋形微织构图案,以压力、转速比、微织构纹理的曲率和条数作为影响因素设计了正交试验,得到了最佳抛光工艺参数。实验表明,与无织构普通抛光轮相比,螺旋形微织构抛光轮能够显著提高砂轮磨损性能,并且在加工过程中能够保证熔融石英元件材料去除率和表面粗糙度收敛。

材料去除深度与磨粒的关系建模方法研究

将粒度号和组织号作为刻画磨粒的两个基本参数,并假设磨粒出刃高度服从高斯分布、单颗磨粒为尖端球形的圆锥、抛光工具和工件的名义接触压力服从椭圆赫兹分布、磨粒和工件之间的实际接触压力与名义接触压力存在近似比例关系,推证了沿抛光轨迹在抛光点处的材料去除深度模型,并重点讨论了其求解过程。该模型表明材料去除深度与磨粒的粒度号和组织号、法向抛光力、进给速度、抛光工具和工件之间的切向相对速度以及相对主曲率等工艺参数相关。仿真和试验结果有较好的一致性,说明该建模方法是可行的。

铝合金车轮CNC机械抛光材料去除深度建模方法研究

为解决铝合金车轮CNC机械抛光时材料去除的均匀性问题,在假设抛光工具与铝合金车轮表面的接触服从椭圆赫兹接触的前提下,利用Preston方程推证了车轮抛光时沿抛光轨迹在抛光点处的材料去除深度理论模型。模型表明,材料去除深度与法向抛光力的三分之二次方成正比,与进给速度成反比,与抛光工具和车轮的相对速度切向分量成正比。此外,刀触点的等效半径对材料去除深度有显著影响。仿真和试验结果有较好的一致性,说明该建模方法是可行的。

考虑刀具偏心的变径向切深铣削稳定性研究

建立了变径向切深的铣削系统周期延迟微分模型,模型考虑了刀具偏心的影响,运用半离散估计技术获得了系统的稳定性。研究结果显示,随着径向切削深度的增大,稳定轴向切削深度先是急剧下降,在大约20%(径向切深与刀具直径的比值)径向切削深度后,稳定轴向切深基本不变。对于变径向切深加工,为了保证稳定加工,轴向切削深度应选取小于20%径向切削深度对应的稳定性极限值,最后通过试验验证了分析结果。

磨粒粒径对固结磨料研磨石英玻璃的加工性能影响

固结磨料研磨垫的磨粒粒径是影响其加工效率和表面质量,以及下阶段抛光过程的重要因素。使用5μm、14μm和30μm三种粒径的金刚石固结磨料研磨垫加工石英玻璃,分析磨粒粒径对工件表面质量、材料去除率、声发射信号、摩擦系数和磨屑的影响,并结合磨粒切深选择最佳磨粒粒径。结果表明:随着磨粒粒径增大,材料去除率和表面粗糙度值均增大,声发射信号的均值和振幅显著提高,摩擦系数到达稳定水平需要的时间延长。14μm粒径磨粒的切深分布接近石英玻璃的脆塑转变临界切深201.2nm。选用粒径14μm的金刚石固结磨料研磨垫加工石英玻璃,其材料去除率为5.65μm/min,石英玻璃的表面粗糙度值Ra为66.8nm,满足硬脆材料的高效、高质量研磨要求。

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。

高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型

基于磨料流加工介质的高粘弹性,在分析磨粒所受法向力和参与切削的磨粒数的基础上,建立了高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型。定义了材料去除率模型的切削深度系数,提出了一种用圆管工件测定切削深度系数的方法;并用圆管试件测定了Ⅰ号流体磨料加工45#钢、T8钢和Q235-A材料时的切削深度系数。结果表明:材料去除率与流体磨料对工件的壁面压力、壁滑速度和切削深度系数成正比关系;决定切削深度系数的因素主要有磨粒的粒度、磨粒与载体的混合比和流体磨料的弹性及工件的硬度和表面粗糙度;在流体磨料粘性较高、加工流量较大条件下,可用流体磨料的过流长度和压力来测定切削深度系数。

面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式

基于砂带打磨钢轨时的接触状态,在单条砂带磨削角度给定的前提下,推导单条砂带磨削在钢轨横向截面上的材料去除深度,建立单条砂带材料去除的廓形模型和面积模型。为在多砂带联合磨削下包络形成钢轨目标廓形,在给定首条砂带的磨削角度后,根据当前钢轨表面的剩余高度并以打磨量最大为原则设定其他砂带的磨削角度,结合工艺参数生成钢轨养护时的多砂带联合磨削作业打磨模式。以打磨质量指数评价打磨质量,确定打磨次数,评价多砂带联合磨削作业打磨模式的打磨质量。结果表明:在砂带磨削工艺参数一定时,砂带的磨削能力与钢轨表面的曲率半径相关;以最大打磨深度对应的角度进行砂带布局的打磨模式能够很好地满足钢轨目标廓形的磨削需求。

SiC工件ELID磨削性能

通过ELID(在线修整砂轮)磨削方法对SiC进行磨削试验,从材料去除机理、砂轮粒度的选择、切削深度等方面探讨了SiCELID磨削参数的选择。实验表明:砂轮粒度、切削深度对加工质量影响较大,在磨削效率和加工工件的表面质量等因素的综合分析基础上,找到优化的工艺参数,使效率和精度达到最高。在本试验条件下,用粒度为W3.5的金刚石砂轮磨削20min,表面粗糙度可达到0.023μm。

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Hertz接触理论的整体叶盘百页轮抛光材料去除深度建模研究

为了揭示复杂曲面百页轮抛光的材料去除机理,假设磨粒凸出高度服从正态分布,通过Hertz接触理论得到了接触区的抛光压力分布模型,然后基于弹塑性接触理论进行单颗磨粒受力分析,结合百页轮表面磨粒凸出高度分布函数建立了磨粒切入深度模型。在此基础上,综合主轴转速、进给速度和磨粒切削沟槽形状等确定了单颗磨粒的材料去除体积,并通过沿抛光轨迹积分的方法建立了材料去除深度模型。实验结果表明,材料去除深度的预测值与实验值的最大偏差和平均偏差分别为4.85%和2.95%,验证了所建材料去除深度模型的正确性和有效性。

工程陶瓷磨削试验参数的合理选择

为了合理设计工程陶瓷磨削试验方案,从材料去除机理、单颗磨粒切削深度、砂轮表面磨粒突出高度等方面分析探讨了工程陶瓷磨削试验参数的选择依据。

硒化锌晶体超精密切削材料去除机理研究

硒化锌晶体在红外成像与激光系统中有着广泛的应用,作为典型软脆性材料,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。文中采用槽切法研究刀具负前角对硒化锌晶体脆塑转变临界深度的影响。通过分析最大未变形切削厚度随切削参数变化规律,提出实现硒化锌晶体塑性域切削的理论模型。借助场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和拉曼光谱仪,系统分析了进给率对工件表面粗糙度、表面完整性及亚表面损伤的影响,提出表面缺陷形成机理,进而揭示硒化锌晶体材料去除机理。

钛合金材料页轮磨抛材料去除深度模型

针对钛合金材料页轮磨抛表面去除量难控制的问题,从页轮磨抛的运动过程出发,结合Preston方程、Hertz接触理论及线接触变形等理论方法,建立页轮磨抛的材料去除深度模型。首先,分析磨削过程中页轮的运动和材料去除过程,并通过Preston方程简化磨抛过程,得到材料去除深度与页轮的线速度、接触压强、进给速度之间的关系;其次,通过Hertz接触理论及线接触变形得到接触压强和预压量的关系式,再将预压量代入接触压强,构建材料去除深度理论模型;最后,采用正交试验法和单因素试验法验证该理论模型的准确性,并通过极差分析法分析各参数对页轮磨抛去除深度的影响程度。结果表明:材料去除深度与预压量和页轮线速度成正比,与页轮进给速度成反比,且各参数对页轮磨抛去除深度的影响程度基本相当。模型预测的材料去除深度与试验结果的平均相对误差为6.25%,说明理论模型可准确预测磨削去除深度。

基于正交实验的机器人砂带磨削工艺分析及优化

针对工业机器人砂带磨削最优工艺参数组合的选择,通过机器人夹持工件进行砂带磨削,采用正交实验和极差、方差分析方法研究砂带线速度、工件进给量、横向进给速度、砂带目数对工件表面粗糙度Ra及材料去除深度MRD的影响,探究其最优工艺参数组合,并通过正交实验数据建立变量与实验结果的线性回归预测模型。结果表明:综合考虑表面粗糙度Ra及MRD的最优加工参数组合为砂带线速度18 m/s,进给量0.5 mm,横向进给速度100 mm/s,砂带目数80#。砂带目数对工件表面粗糙度Ra的影响起主导作用,砂带线速度、工件进给量次之。工件进给量对MRD的影响起主导作用,砂带线速度、砂带目数次之。当砂带目数处于80#~240#时,工件表面粗糙度Ra会随着砂带目数的增大而减小,影响程度有减弱的趋势。当工件进给量处于0.2 mm~0.5 mm时,MRD会随着工件进给量的增大而增大,影响程度有减弱的趋势。

砂带磨削参数对材料去除深度的影响

为探究金属工件在砂带磨削加工中的材料去除机理,对砂带磨削系统简化后建立几何模型,并设置模型参数及运动建立了砂带磨削加工的离散元动态仿真。仿真结果表明:通过单因子试验研究不同的磨削参数对材料去除深度(material removal depth,MRD)的影响规律;通过正交试验得到不同磨削参数对MRD的影响贡献率,其中砂带转速的影响最大、其次是砂带进给量,同时得到磨削参数的最优组合为工件进给量为0.5 mm,砂带转速为1800 r/min,工件速度为40 mm/s,水平夹角为40°;最后通过实验验证仿真结果与结论的正确性。

飞行式电解铣削加工TiB_(2)/7050Al复合材料试验研究

铝基复合材料作为应用最广泛的一种金属基复合材料,具有高比强度、高比刚度、高导热性、高耐磨性、高耐腐蚀性等多方面优点。在加工该材料的薄壁零件时,飞行式电解铣削的方式不会产生加工应力,可以有效规避加工中的变形与震颤。通过分析研究加工电压及进给速度对加工效率产生的影响,总结得出试验结果:沟槽深度随加工电压及进给速度的增大而增大,且近似呈线性关系;进给速度的增大能够提升材料去除率,但上升的趋势由18.5%降至2.8%。在40 V加工电压的参数下,单次进给的最大沟槽深度为1.22 mm,最大材料去除率为608 mm^(3)/min。

机器人磨抛复材壁板去除环氧树脂涂层的研究

为了在机器人磨抛碳纤维复合材料壁板去除环氧树脂涂层时不损伤表层纤维,对影响环氧树脂涂层去除深度的主要工艺参数进行了研究。采用Preston去除理论建立环氧树脂涂层的去除模型,运用Abaqus软件对磨抛去除过程进行仿真,研究了单因素条件下主要工艺参数对去除深度的影响,并通过材料表面纹理分析了材料损伤情况。采用柔性磨抛工具和自适应压力实时补偿的柔顺恒力磨抛方式,进行了磨抛实验。结果表明:去除深度为12.0~15.0μm时磨抛效果最佳;采用柔性磨抛工具和自适应压力实时补偿的柔顺恒力磨抛方式,能将去除深度精准地控制在微米级,既不损伤基材又可获得一致性较好的表面质量。