一种高速切削机床用抛光工具的设计

设计了一种基于广泛使用的HSK刀柄的新型抛光工具,利用碳纤维作为增强层,有效地控制了在较大抛光压力下抛光工具变形严重以及抛光体内缩失稳的问题。通过系统地计算和分析,所用结构的动平衡性能符合高速切削设备使用要求。对实现高速切削设备切削抛光同机完成,提高生产效率和加工质量具有一定的实用意义。     

加工中心主轴系统两点结合RCSA逆算法

研究了加工中心主轴系统动力学特性理论预测方法,采用导纳综合子结构法对加工系统进行动力学建模.在动力学模型中,刀具和刀柄在2个单点结合,每个点具有一个横向位移自由度.两点结合的动力学模型无须考虑节点的转角自由度,因此简单可行.在求解方法上采用RCSA逆算法求解刀柄末端位移导纳矩阵,解决了刀柄结构复杂不易建模的难题和空间位移导纳有限不易测试的问题.然后进行算例研究,对长度为245,147和168 mm的刀具与相同刀柄耦合进行验证.结果表明,该RCSA逆算法能够准确求出刀柄位移导纳矩阵,并可根据刀柄位移导纳准确获得不同长度刀具安装进刀柄的复杂耦合情况下刀具末端的位移导纳.     

HSK刀柄临界使用转速计算模型

为充分发挥空心短锥(hollow short taper, HSK)刀柄在高速切削中的应用潜能,分析了HSK刀柄在高速旋转过程中的失效形式,提出了在材料强度和夹紧力两方面的失效准则,综合考虑刀柄尺寸、过盈量、材料特性、离心力、拉杆拉力、切削力等因素的影响,基于弹塑性理论建立了HSK刀柄临界使用转速的理论计算模型.研究表明: 理论计算结果与有限元分析结果具有较好的一致性.一般情况下,夹紧力不足是夹紧系统高速旋转失效的主要原因.临界转速计算模型的建立,可以提高高速旋转刀具夹紧的安全性,并为充分发挥HSK刀柄的高速潜能提供重要的技术依据.     

超精密气囊工具抛光方法的研究

针对气囊数控抛光获得高精密非球曲面零件的方法,分析了气囊抛光实验样机的结构、运动控制系统组成、柔性气囊的构成以及气囊进动运动方式和气囊抛光的加工原理.研究了气囊抛光工艺扩展可行性以及抛光过程中控制工件面形、表面质量和处理边缘效应的方法.研究表明气囊抛光工艺具有可扩展性.在试制的实验样机上进行了工艺参数综合实验,实验结果表明:利用气囊抛光方法可以加工出超精密光滑的表面,该方法是加工和制造超精密光学表面的有效方法.     

医用镍钛合金的电解抛光进展

随着市场对金属材料的粗糙度、光泽度以及耐腐蚀性能的要求逐渐提高,电解抛光技术作为精密表面加工技术,由于具有效率高、处理试样表面光滑、能够保持材料原有性能等特点,在表面处理领域得以迅速发展.介绍了目前业界比较流行的三类电解抛光液体系：酸-酸体系、酸-醇体系和醇-盐体系以及其主要成分,分析了在不同电解抛光液体系成分下电解抛光液浓度、抛光温度和抛光电压等条件的改变对抛光效果（粗糙度、耐腐蚀）以及抛光效率的影响,进一步比较了不同电解抛光液体系的优缺点,并综述了电解抛光原理机制及其技术的新发展.     

机床主轴/刀具联结系统的扩张理论与方法

应用弹性力学理论分析了高速状态下离心力对主轴/刀具联结系统特性的影响,提出了主轴装夹刀柄时的过盈量与脱松角速度、主轴外径与刀柄内径之间的关系,同时还提出了主轴/刀具联结系统在离心力作用下膨胀后联结间隙与过盈量之间的关系.研究表明,合理设计机床主轴外径与刀柄内径之间的关系、正确选择刀柄材料以及结构能有效防止机床主轴/刀具联结系统的弹性变形,提高机床的加工精度.     

高转速下主轴-刀柄结合部接触刚度分析

提出一种宏微观相结合的方法建立高转速下主轴-刀柄系统结合部接触刚度模型.宏观上假设主轴-刀柄结合面为理想圆锥面,通过有限元方法获得不同转速下锥形表面的接触压强分布;微观上假设接触表面由微凸体构成,并基于接触压强采用考虑域拓展因子影响的三维分形模型计算锥形结合部的接触刚度.以BT40刀柄为研究对象,其无转速工况下主轴-刀柄系统理论预测与实验频响函数一致性较好,在此基础上分析转速及拉刀力对结合部刚度影响规律,确定了转速极限值为1.5×10~4 r/min,拉刀力合理取值范围为[8,12]kN,研究结果为主轴-刀柄系统的结构优化及应用提供理论基础.     

基于非参数化与有限元的主轴刀柄结合面非线性参数识别

视主轴-刀柄结合面的双面接触部为一个可以用系统状态变量描述的非线性单元,基于非参数化方法结合有限元分析技术对主轴-刀柄结合面的非线性动态特征参数进行了识别.在HyperMesh中建立主轴-刀柄系统的有限元分析模型,利用Radioss求解器对该模型进行非线性瞬态响应分析,得到结合面处位移、速度、加速度的瞬态响应,再根据牛顿第二运动定律推导得出结合面处非线性接触力的时间历程数据,基于最小二乘法采用切比雪夫多项式对样本数据进行回归分析,得到主轴-刀柄结合面之间非线性接触力的解析表达模型,并验证了该模型的正确性.     

基于响应耦合方法的铣刀刀尖点频响函数预测

为了获取不同刀具-刀柄组合对应的刀尖点频响函数,采用子结构响应耦合方法预测刀尖点频响函数.在该方法中,子结构之间结合部的建模和参数辨识是须要着重考虑的问题.以均匀分布的弹簧、阻尼模拟刀具-刀柄结合部之间的柔性联接,采用实验和仿真相结合的方法辨识刀具-刀柄结合部的刚度和阻尼系数.根据子结构响应耦合方法,采用刀具-刀柄结合部之间均匀分布的弹簧、阻尼模型,可预测不同夹持长度的刀具-刀柄组合的铣刀刀尖点频响函数.预测结果与实测结果比较相符,证明了本方法的有效性和正确性.     

PCB工艺中金相分析磨抛液的研究

在PCB工艺流程中金相切片检测抛光所使用的抛光液大多以金刚砂为主要抛光填料,该文采用的是更廉价的氧化铝抛光粉作为抛光组分。对氧化铝抛光粉进行12 h的球磨处理,配置成了组分为3氧化铝抛光粉,0.1活性炭粉,0.5没食子酸,约96乙醇的抛光液。该抛光液的稳定性和抛光效果均达到应用要求,并大幅降低了成本。     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.     

氧化铝复合磨粒对硬盘NiP/Al基板CMP的研究

在Al2O3表面改性的基础上,制备了以氧化铝、水、双氧水、氢氧化钠溶液为主要成分的抛光液,研究了计算机NiP/Al硬盘盘基片的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,简称CMP)特性.通过螺旋测微仪测量了NiP/Al硬盘盘基片表面在不同抛光压力、抛光盘转速、时间、pH值下的材料去除率,利用原子力显微镜AFM表征了抛光后的硬盘盘基片表面粗糙度及形貌,并分析研究了Al2O3抛光液的CMP机理.最终得到最佳抛光工艺参数:抛光盘速率为30r/min、抛光压力2.1kPa、抛光时间为60min、抛光液pH值为9,此时表面粗糙度Ra为4.67nm.     

基于轨迹控制的机器人抛光工艺

针对普通商用工业机器人的封闭控制结构难以实现在线控制的特点,采用软质抛光工具来降低快速制模工艺中机器人抛光的轨迹误差.为了获得稳定的抛光压力,在机器人抛光轨迹规划的基础上,通过轨迹调整,对软质抛光工具的弹性变形和抛光过程磨损进行有效补偿.实验结果表明:当轴向预压量为1.0 mm时,每隔175 mm的抛光间距进行轴向补偿0.1 mm,即可获得稳定的抛光压力和均匀的抛光过程.     

不锈钢微结构电解抛光工艺研究与试验

为提高304不锈钢微结构的电解抛光加工质量,开展了不锈钢的电解抛光工艺分析与试验.首先根据不锈钢在电解抛光液中的极化曲线检测结果分析,选定抛光的电流密度为2.2 A/dm2.其次,设计正交因素分析法试验,研究不锈钢在不同电流密度、温度、抛光时间等工艺参数下电解抛光后的表面质量.试验结果表明:随着电流密度增加,表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;温度及抛光时间对表面粗糙度的影响规律与电流密度类似.在影响表面粗糙度的三个因素中,电流密度影响最大,温度次之,抛光时间最弱.最后,利用最佳电解抛光参数组合,加工出高表面质量的不锈钢微结构.     

Fe基合金带表面抛光工艺研究

利用磁力显微镜(MFM)观测了经机械抛光、电解抛光、机械兼化学腐蚀抛光的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金带表面结构,研究了MEP法处理样品表面粗糙度和腐蚀时间之间关系,基于MFM对材料表面结构的要求,实验结果表明Fe基合金表面最佳抛光工艺为:在30℃恒温下将MEP法处理样品投于浓度为36%~38%盐酸溶液中腐蚀15min。     

随五轴加工轨迹变抛光力的控制策略与方法

设计了以PWM信号高速开关控制为核心的气动抛光力加载控制系统,采用滑动平均滤波PID算法调节,通过Simulink仿真和实验调整PID参数,提高系统动态性能,保证变抛光力的控制要求.借助五轴混联机器人动平台,搭建五轴变抛光力试验系统,进行跟随轨迹的变抛光力加载实验.实验结果表明,设计的滑动平均滤波PID控制能够在力控制要求改变时快速响应,使抛光力跟踪至设定值,力实测值误差在±1N以内,波动范围小,具有足够的稳定性和准确性,满足变抛光力的控制要求,实现了跟随五轴加工轨迹的变抛光力控制.     

工艺参数对SUS304不锈钢抛光速度与抛光质量的影响

为提高不锈钢的抛光质量与效率,配制新型环保不锈钢抛光液,对SUS304不锈钢进行化学机械抛光.研究压力载荷、抛光时间、抛光线速度、pH值等工艺参数对不锈钢抛光性能的影响,结果表明,SUS304不锈钢在最佳的工艺参数组合下,可以达到最佳的抛光效果.     

快速抛光技术接触压力建模与仿真

快速抛光技术不但可提高加工速度,还能保证抛光精度,是实现超精密平面光学元件批量化加工的最有效加工方式.通过对快速抛光原理的分析,建立了工件与抛光垫之间的弹性力学模型,分析了载荷条件和边界位移条件,并以此为基础建立了工件与抛光垫的有限元模型.通过仿真分析得出了接触压力的分布情况,并通过抛光实验验证了仿真结果,为研究快速抛光技术提供了实验理论依据.     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.     

基于烧蚀原理的激光抛光的数值建模与分析

采用连续激光对304不锈钢材料进行了基于烧蚀原理的激光抛光实验,得到了较好的抛光效果.耦合激光抛光中的传热和材料汽化,建立了一个二维瞬态数值模型,仿真了激光抛光中工件表面的演变,预测了激光抛光后工件的表面形貌和表面粗糙度值,仿真结果与实验结果十分接近,误差仅为8.17%.此外,利用该模型研究了激光抛光中工件表面移动速度的分布情况,确定了表面移动速度与初始表面形貌的关系:表面形貌波峰位置的表面移动速度较大,而波谷位置的表面移动速度较小,揭示了基于烧蚀原理的激光抛光降低工件表面粗糙度的机制.