精密数控曲线磨削中的砂轮法向跟踪建模及实验

针对传统数控曲线磨削存在的缺陷,提出了精密数控曲线磨削砂轮法向跟踪的新概念;通过保证曲线轮廓上磨削点处的法线经过砂轮的回转平面,实现了砂轮与工件之间的恒定点接触,从而提高了加工精度、实现了对任意复杂曲线轮廓的磨削加工.在分析砂轮与工件运动几何关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,进而给出了法向跟踪的控制算法,并将该算法成功地应用于自行研制开发的MD9040型数字化曲线磨床.实验结果表明,砂轮法向跟踪的实现有效地提高了曲线磨削的加工精度.

曲线点磨削中的砂轮法向跟踪研究

将快速点磨削技术引入到曲线磨削过程中,提出了曲线磨削中砂轮对工件轮廓实施法向跟踪磨削的新方法。该方法是在传统的曲线磨床的基础上,增加一个可以使工件相对于砂轮偏转的数控回转轴,实现砂轮对工件轮廓的法向跟踪磨削。在分析磨削运动关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,并分别给出了无干涉情况下的完全法向跟踪和有干涉情况下的近似法向跟踪的法向跟踪角的算法。仿真和磨削实验结果表明:这种利用工件偏转来实现砂轮的法向跟踪磨削方法简单有效,能够有效避开砂轮和工件的干涉,提高加工精度和实现对任意复杂曲线轮廓的磨削加工。

基于砂轮法向跟踪的回转曲面磨削研究

在回转曲面的磨削中,采取小直径平行砂轮代替圆弧砂轮的方法,保证曲面磨削点的法向始终与砂轮表面垂直,实现砂轮法向跟踪磨削。根据磨削轨迹,建立了磨削表面残留高度模型,分析了砂轮半径、工件曲率和进给速度对残留高度的影响。并进行磨削试验,得出了砂轮半径、工件曲率及进给速度对表面粗糙度的影响曲线,其变化规律与残留高度的变化规律基本一致,证明在回转曲面磨削中,可以通过控制残留高度的大小来改善磨削表面粗糙度。

曲线磨削无干涉的近似法向跟踪算法

针对法向跟踪曲线磨削加工中砂轮与工件的干涉问题,提出了自动避开干涉的近似法向跟踪磨削算法,并对其进行数学建模.同时,结合生产实例,在数控曲线磨床上进行了实验验证.结果表明,所提出的算法能够实现基于最佳法向跟踪角的法向跟踪曲线磨削,可以找到磨削加工中工件曲线轮廓的干涉点,并且计算出砂轮避开干涉的最佳法向跟踪角和工作台旋转角度,从而实现对任意复杂曲线轮廓的磨削加工.

一种球面零件法向跟踪磨削加工运动学模型

针对当前航空航天、高铁等工业领域对难加工材料球面零件的高效精密加工的需求,简要介绍球面零件的加工原理与方法,重点讨论分析传统球面零件磨削加工的三种方法及其优缺点。提出一种新的基于砂轮法向跟踪原理的球面磨削加工方法,改善球面零件精密加工的情况,充分利用多轴联动磨床的加工优势。根据几何运动分解处理划分为类外圆磨削和类平面点磨削,并从砂轮–工件几何接触长度、砂轮磨削路径等角度进行了几何学运动分析,为该方法的深入研究提供指导。

一种模拟三维红细胞变形的前向跟踪式格子Boltzmann方法

将前向跟踪法与晶格波尔兹曼法相结合,研究三维双凹碟形胶囊式红细胞的变形。将红细胞模拟为内含牛顿流体的双凹碟形弹性薄膜胶囊,将薄膜内外的液体看做是具有不同物理特性的流体;使用晶格波尔兹曼方法的多块策略,改善细胞模型附近的网格,增加三维计算的准确度和效率。使用的细网格仅覆盖每个计算轴的40%,较同时选用离散为连接4 098个点的8 192个三角元的细胞薄膜模型,这不仅可以提高网格分辨率,而且还能节省计算时间。从理论上证明,在雷诺数不大于0.25的剪切流中,惯性作用对细胞变性的影响很小,同时得到无因次参数为0.05、细胞内外黏度比为0.2时三维健康红细胞的360°稳定坦克履行为。不仅成功模拟了惯性作用下典型的三维红细胞坦克履行为,而且使用的细网格仅占整个计算区域的6.4%,在保证计算准确度的同时,提高了计算效率,为模拟三维红细胞变形提供了一种更加可行的途径。

大口径SiC非球面范成精密磨削方法及其工艺

为了提高大口径轴对称Si C非球面磨削的精度和效率,提出了一种基于法线跟踪的非球面范成摆动精密磨削方法,设计了运动控制模型,在磨削过程中,使砂轮主轴旋转中心线与非球面母线上磨削点法线始终保持重合。在此基础上,进一步设计了可以对非球面母线上磨削点进行实时检测的装置,建立了实现砂轮磨损自动补偿的数学模型和相关磨削工艺。研究结果表明:该方法可以避免磨削运动轨迹原理误差,运动机构简单,运动精度得到保证;应用砂轮端面进行磨削,提高了磨削比和磨削效率。

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。

数字化曲线磨削中的干涉避让仿真与实验研究

针对数字化曲线磨床加工过程中存在的砂轮与工件、机床与工件的干涉问题,提出了可以避开干涉并得到工件关键点处编程参数的磨削辅助算法。进行了数学建模以进行理论分析,并采用Matlab软件进行了仿真。结果表明,该算法能有效实现基于最佳近似法向跟踪角的法向跟踪曲线磨削。

大型旋转曲面智能精密磨削原理与系统设计

分析了球面、非球面等大型二次旋转曲面精密磨削原理,提出了一种只需2个直线运动和1个摆动运动就可以实现球面、非球面等大型二次旋转曲面精密磨削加工的方法.在此基础上,提出了一种基于法线跟踪的面形精度在位实时检测方法,并设计了大型旋转曲面智能精密磨削系统.结果表明,采用所提出的方法能够使砂轮主轴旋转中心线与二次曲线上磨削点的法线重合,从而提高磨削精度和磨削效率.

一种精密曲线磨床运动建模及实验

根据磨床各平台相对运动关系,建立工件坐标系作为参考坐标系,将砂轮磨削运动分解到工件母线的切向、法向和旋转方向上,即分别代表机床下台、中台的平移和上台的旋转,推导出了工件磨削加工过程的一般模型,并进行了模拟计算。分析了模型加工误差,以加工曲线相对理论曲线的法向误差表征局部误差,以法向误差的峰峰值表征曲线轮廓度。实例的计算结果表明:机床模拟磨削加工的工件轮廓度为3.3μm,实现了特殊工件的精密加工。

硬脆非球面光学镜精密磨削与自适应控制方法

针对硬脆非球面光学镜硬度高、型面特殊、加工面积大、加工质量要求高的特点,提出了一种基于法向跟踪的、以圆筒形砂轮端面进行磨削的非球面范成精密加工方法。在此基础上,进一步设计了智能化的实时检测与自适应控制方法。应用这些方法实现了磨削运动轨迹的精确控制、砂轮磨损的自动补偿、磨削压力的自动控制、工艺参数的自动调节。实验结果表明:以圆筒砂轮端面进行磨削的、基于法向跟踪的非球面范成精密磨削法可以保证非球面的面形精度,砂轮磨损实时检测与自适应控制方法能提高加工质量和效率。

特殊工件磨削加工的数学建模

特殊工件精密磨削是一个复杂的多变量影响过程,本文开展了精密磨削加工技术的优化研究。在利用已知加工外表面母线方程的基础上,采用了精密数控曲线磨削砂轮法向跟踪的方法,通过保证曲线轮廓上磨削点处的法线经过砂轮的回转平面,实现了砂轮与工件之间的恒定点接触,在分析砂轮与工件运动几何关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,从而提高了加工精度,实现了对任意复杂曲线轮廓的磨削加工。