微晶材质自由曲面反射镜精密超声铣磨加工技术

自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度,应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善系统质量,在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了满足离轴反射式自由曲面空间光学遥感系统的快速、高精度研制需求,本文瞄准微晶材质、复杂连续曲面类自由曲面反射镜超声铣磨加工表面粗糙度和亚表面质量的提升目标,开展了主轴转速、切削深度、进给量等主要工艺参数的优化实验和研究,完成了300 mm口径自由曲面反射镜的建模分析和超声铣磨加工,最终铣磨加工表面的面形精度达8.89μm PV,亚表面损伤层深度低于18μm,实现了自由曲面光学反射镜的高精度、低损伤铣磨加工,能够有效降低后续研抛加工的材料去除总量,缩短整个加工周期。

复合材料小孔超声铣磨质量研究

小直径碳纤维复合材料孔在航空航天结构、康复医疗设备等领域已有广泛应用,但在其加工过程中存在严重的分层、圆度误差、粗糙度高等问题,迫切需要高质量的加工技术。对此,提出了一种超声铣磨制孔方法,对超声铣磨中的切削刃轨迹进行了建模,并对超声铣磨和普通铣磨进行对比实验,还分析了超声铣磨中切削力降低、孔径精度提高及表面粗糙度改善的机理。结果表明:超声铣磨相较于普通铣磨相,轴向力和切向力均显着降低,降幅范围分别为48.4%~71.3%和25.5%~61.5%,同时超声铣磨的孔表面粗糙度值降低了51.9%~53.2%,超声铣磨可高质量加工小直径复合材料孔。

三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

分析了三维超声振动辅助铣磨(Ultrasonic Vibration Assisted Grinding,UAG)中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.

Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工表面粗糙度的数学模型

为了探索Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工中影响加工面表面粗糙度的因素及影响规律,分析了超声振动铣磨头磨粒的运动轨迹,在此基础上建立了加工面表面粗糙度的数学模型;采用该模型对Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工面表面粗糙度进行了预测,并对预测结果进行了试验验证。结果表明:主轴转速、进给速度、磨削深度和超声振幅对Si_3N_4陶瓷加工面表面粗糙度的影响程度由大到小依次减弱;表面粗糙度随主轴转速的增加迅速下降,随磨削深度和进给速度的增加而增大,随振幅的增加呈下降趋势;当Si_3N_4陶瓷主要以塑性方式去除时,其加工面表面粗糙度的试验结果和预测结果具有较好的一致性。

超声振动辅助铣磨加工CFRP表面质量研究

为研究超声振动辅助铣磨加工(ultrasonic vibration assisted grinding,UAG)中各加工参数对CFRP加工工件表面粗糙度与形貌的影响,开展了转速、每齿进给量、径向切深的正交试验,并对粗糙度随每齿进给量和径向切深的变化趋势进行了分析。试验结果表明:转速、每齿进给量、径向切深中对粗糙度影响最大的参数为径向切深,影响最小的参数为转速;在转速8000r/min,径向切深200μm条件下,每齿进给量fz从5μm增加到8μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了20.61%。在转速8000r/min,每齿进给量8μm条件下,径向切深ae从250μm增加到400μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了27%。

超声振动辅助铣磨加工工艺对C_f/SiC复合材料加工表面质量的影响

设计了两种超声振动辅助铣磨加工试验,并与普通铣磨加工方式相对比,试验研究了三种不同加工方式下铣磨难加工复合材料C_f/SiC的加工缺陷及表面粗糙度。试验结果表明:施加了纵向振动与沿进给方向振动的两种超声振动后,C_f/SiC复合材料的纤维拔出与崩边缺陷明显减少,底面凹坑缺陷也得到了有效抑制;采用纵向超声振动辅助铣磨时加工质量要优于沿进给方向超声振动辅助铣磨的加工效果。与普通铣磨相比,两种超声振动辅助铣磨均可有效降低表面粗糙度。各磨削要素对不同铣磨加工方式下C_f/SiC材料的表面粗糙度影响关系为:表面粗糙度随主轴转速增加而降低,随进给速度、磨削深度的增加而增加,随着超声振幅增大,表面粗糙度先减小后增大。研究表明,在优化的振幅下采用纵向超声振动辅助铣磨方式可以更大幅度地改善C_f/SiC复合材料的表面质量。该研究对难加工复合材料的高性能加工具有实际指导作用。

施振方向对超声辅助铣磨氧化锆陶瓷的影响

为研究不同方向的超声振动冲击对铣磨加工氧化锆陶瓷的影响规律,基于压痕断裂力学模型,理论分析对工件施加平行和垂直于进给方向的振动时磨粒加工过程,开展不同参数下的磨削试验并对其加工后表面进行检测分析。结果表明:平行施振时工件受到的轴向力F z和材料去除率(MRR)较之于垂直施振大,但垂直施振方式下工件表面粗糙度Ra更小;在所研究的加工参数中,施振方向是影响工件表面粗糙度的最显著因素;另外,不同施振方式下材料主要去除方式有所差异。

超声振动辅助铣磨加工对CFRP切削力和表面质量的影响

为研究超声振动辅助铣磨加工对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)切削力和表面质量的影响,建立了超声振动辅助铣磨加工的切削力模型,进行了磨粒运动轨迹、刀具锋利化效果及单颗磨粒切厚的理论分析及试验验证。结果表明:超声振动辅助铣磨加工与传统铣磨加工相比切削力更小、加工质量更好。当每齿进给量从4μm/z增加到8μm/z时,超声振动辅助铣磨加工的切削力增加了44.7%,小于传统铣磨加工的84.9%;同样,当切深从200μm增加到400μm时,超声振动辅助铣磨加工的切削力增加了187.8%,小于传统铣磨加工的209%;在相同加工参数下,超声振动辅助铣磨加工的工件表面与传统铣磨加工相比,树脂涂覆、表面凹坑和纤维拔出量明显减少。

超声振动铣磨加工对铁氧体表面质量的影响研究

为解决惯性仪表磁悬浮轴承铁氧体零件的精密加工难题,开展铁氧体超声振动铣磨加工表面粗糙度预测和加工表面三维仿真技术研究,进行铁氧体磁性材料超声振动加工实验,研究工艺参数对加工表面质量的影响规律,为提高铁氧体材料的加工效率和加工质量提供依据。