基于RT-Linux的聚晶金刚石刀具五轴电火花刃磨数控系统

针对聚晶金刚石刀具特殊加工需求,设计和实现了基于RT-Linux的五轴电火花刃磨专用数控系统.系统硬件以PC为上位机,以自主研发的总线式电火花控制硬件为下位机,软件则将实时任务与非实时任务分开,并放入RT-Linux不同内核中,以保证系统的实时性.为解决聚晶金刚石刀具加工轨迹不能预先给出的问题,开发了自适应的刀具形状在线检测模块,实现了基于三次非均匀有理B样条的加工程序自动生成的功能,设计了根据当前放电参数预测腐蚀量确定下一周期插补速度的运动控制模块.对两种典型聚晶金刚石刀具进行加工实验,结果表明系统运行稳定,在50倍放大镜下刀具刃口平滑,外圆径向跳动均在0.01mm以内,满足实际生产对质量和精度的要求.     

聚晶金刚石的电火花磨削加工

为探讨在普通电参数下,电火花磨削人造聚晶金刚石(PCD)的加工性能,研究了电极轮转速、开路电压、峰值电流、脉冲宽度以及脉冲间隔对材料去除率、电极损耗以及加工表面粗糙度的影响.结果表明,采用电火花磨削方法,在较小的开路电压和峰值电流下,PCD的加工是可行的.使用电火花磨削方法在材料去除率和表面粗糙度方面要优于普通电火花加工.各个加工参数对加工表面粗糙度的影响不大,而与金刚石颗粒的粒度有关.加工时应选用大的开路电压,而峰值电流不宜取得过大,一般说来,不应超过32 A.脉冲宽度与脉冲间隔之间存在一个最优比例关系,在合理的脉冲宽度与脉冲间隔比例基础上,加大脉冲宽度可以提高加工性能.     

PDC刀具的刃磨与材料去除机理研究

分别采用固结磨粒刃磨与游离磨粒刃磨的方法对PDC(Polycrystalline Diamond Compact)刀具进行了刃磨试验,利用扫描电镜观察了采用2种不同方法刃磨的PDC刀具刃口形貌,发现固结磨粒刃磨时容易出现刃口崩刃现象,而游离磨粒刃磨则获得了较高的刃磨品质.基于PDC刀具材料本身的物理与力学性能以及2种刃磨方法各自的特点,探讨了影响PDC刀具刃磨品质的主要因素,并针对游离磨粒刃磨的特点,提出了脆性材料的游离磨粒滚动去除机制.     

铣刀周齿螺旋前刀面的刃磨

用无瞬心包络法求出螺旋前刀面与砂轮的空间接触线，用圆上的一段圆弧近似代替实际接触线，便可确定砂轮的安装参数，再用反包络法形成所需的螺旋前刀面。从而解决了生产中需要多次试磨的麻烦。     

聚晶金刚石复合片车削花岗岩的磨损规律

利用工具显微镜和测力仪观测聚晶金刚石复合片(PDC)刀具车削花岗岩的过程,采用扫描电子显微镜观测PDC刀具的磨损断口形貌.研究结果表明:PDC刀具车削花岗岩的磨损过程可以分为初始磨损阶段、快速磨损阶段和稳定磨损阶段;单次受力曲线呈周期性波动上升;PDC刀具的磨损是由于冲击与磨削同时作用的结果,且以磨削为主,冲击为辅;PDC的磨损过程中既有磨料磨损,也有疲劳磨损,是多种磨损形式组合的结果;PDC的磨损与断裂足由于W和Co粘结相承受不住外加载荷,率先发牛断裂而导致与其粘结在一起的金刚石发生了脱落.     

聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工机床的设计与开发

针对立式超声加工机床加工效率低的问题,基于超声加工的基本原理,阐述了卧式超声加工原理及其特点.阐明了卧式超声加工机床的设计总体思路.将机床分为工件夹持与运动系统和工具夹持与运动系统两部分.对夹持机构、平移机构、往复运动机构、侧压力机构及定位机构进行了设计.实现了聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工机床的三维实体建模.三维实体模型的运动检查表明,设计的机床可以有效地实现拉丝模的卧式超声加工.提出的卧式超声加工机床可以避免传统立式加工机床频繁修磨工具针这一缺点,提高聚晶金刚石拉丝模的加工效率.     

聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工运动轨迹的计算机仿真

分析了聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工机床的运动关系,建立了工具和拉丝模之间的运动轨迹方程;采用计算机仿真技术对工具和拉丝模之间的运动轨迹进行研究,在仿真基础上对加工参数进行优化.结果表明,加工运动轨迹方程是以卡盘电机转速(N),偏心轮电机转速(F)和杠杆旋转中心位置(a)为参数的函数.当N与F之间存在关系N=zF/n(z,n为正整数)时,加工轨迹会出现严重的不均匀现象.当n值一定时,z越小,加工轨迹不均匀现象越明显.计算机仿真技术可以对聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工的运动轨迹进行优化,并为机械结构的进一步优化提供有效指导.     

聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究

聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)的磨削是PCD刀具制造中的关键环节,磨削参数的变化影响PCD的去除方式,进而决定刀具的切削性能.通过扫描电镜观察分析腐蚀后的PCD磨削表面微观形貌,研究了金刚石砂轮磨削PCD中的刻划作用、滑擦作用和热化学反应等非脆性去除机理,及其与磨削参数的关系.结果表明:刻划作用仅在砂轮磨粒较锋利时产生作用,多存在于湿磨初期;砂轮磨钝后,滑擦作用和热化学反应是PCD的主要去除方式,且滑擦作用与热化学反应同时发生.通过设计一组特殊磨削试验,间接证明了磨削后的PCD表面存在由热化学反应产生的软化层.     

聚晶金刚石切削齿散热电阻钎焊工艺的研究

采用散热电阻钎焊工艺对聚晶金刚石切削齿进行钎焊，钎缝的抗剪强度达４１７．５ＭＰａ。复合片的磨耗比下降率小于１０％。采用表面测温实时监控技术，使复合片上金刚石层受热的温度低于７００℃。用复合片切削岩石，由此测定出复合片的耐磨性。这样增加了测试结果的可靠性。现场应用表明，用本工艺钎焊的聚晶金刚石切削齿制造的钻头质量稳定，基本无掉片现象。     

型腔高速螺旋刀路轨迹规划算法

针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建立刀路规划模型.然后,对边界内部的区域进行均匀离散,利用Delaunay算法构建三角网格单元,利用有限元法求解椭圆形偏微分方程,由偏微分方程的解构建等距线.最后,由等距线生成螺旋铣刀路,并对螺旋刀路进行了加工验证.实验结果表明,采用所提出的方法获得的螺旋铣刀路明显改善了机床的运动性能,提高了加工效率.     

基于电火花线切割的麻花钻后刀面螺旋面法刃磨装置研究

在分析麻花钻螺旋面刃磨方法以及麻花钻后刀面为直纹面的基础上,提出了以电火花线切割法来取代传统砂轮刃磨的新方法,并设计出刃磨装置。该装置结构简单,刃磨容易,与现有砂轮刃磨法相比,无磨削力,无磨削烧伤,能刃磨高硬度金属材料、更小尺寸规格的麻花钻。     

凹小圆弧金刚石砂轮电火花修整试验研究

多槽凹小圆弧成形砂轮难以高精度、高效率修整的问题严重限制了其在精密磨削的应用.本文阐述了成形电极电火花修整凹小圆弧成形砂轮的原理,通过单因素试验研究设计出最佳加工参数组合,利用高精度车刀装置修整了紫铜电极车成砂轮对应的V形槽轮廓形状后进行逐级减能的电火花修整多槽凹小圆弧成形砂轮研究,完成了2 500#粒度和1 000#粒度成形金刚石砂轮修整验证,并磨削了石墨片试件进行检测.试验结果表明该方法在较高效率下控制了砂轮表面质量与轮廓精度,具有一定指导作用.     

聚晶金刚石刀具低温冷却铣削Cf/SiC磨损机理

采用聚晶金刚石(PCD)刀具对C_f/SiC陶瓷基复合材料进行干式和低温冷却铣削试验,获得了PCD刀具在干式和低温冷却铣削条件下的前刀面和后刀面磨损形貌,测得了不同铣削长度所对应的主切削力和后刀面磨损量,分析了PCD刀具在不同铣削条件下的磨损机理及寿命可靠性。研究表明:在低温冷却条件下,PCD刀具以磨粒磨损为主要磨损机理,失效表面存在明显沟槽磨损和大量长条状划痕;而在干式铣削条件下,PCD刀具以磨粒磨损和局部氧化磨损为主要磨损机理,失效表面呈现均匀的磨损带;低温冷却使PCD刀具有效使用寿命提高约100%。     

基于可编程运动控制器的电火花加工高速抬刀控制系统

针对电火花加工高速抬刀控制系统的设计要求,设计了基于可编程运动控制器的电火花加工高速抬刀控制系统,并将其应用于DK7140型商用电火花成形加工机床.结果表明,利用所设计的高速抬刀控制系统实现了主轴最高速度达200 mm/s、最大加速度约9.68 m/s2的稳定高速抬刀运动.进一步通过窄槽加工实验,取得了窄槽加工最大深度与加工效率的成倍提高,并验证了高速抬刀控制系统的控制与加工性能.     

内螺旋刀翼PDC钻头研究

针对自掩埋钻井新方法需要内排屑的问题,采用螺旋刀翼、内锥面、中心腔体等结构设计内螺旋刀翼PDC钻头,研究刀翼螺旋升角的变化规律,分析岩屑在刀翼刃部和刀翼面上的受力,建立岩屑推动力与刀翼螺旋升角的关系,优化刀翼螺旋升角,并进行台架实验。结果表明:内螺旋刀翼PDC钻头刀翼螺旋升角的理想设计范围为9°~52°,考虑加工和排屑通道大小等影响因素,其合理的设计范围为26°~52°,研制的钻头能迫使岩屑向其中心运移,并实现岩屑的良好流动,满足内排屑要求。     

基于指状刀具螺旋锥齿轮的数字化精加工刀具路径规划

选择利用自由曲面的数字化加工方法对螺旋锥齿轮齿面进行数字化精加工路径规划,选用指状铣刀,采用粗加工、半精加工而后精加工的加工策略,以刀具接触点(CC)路径截面法为基础,通过具体分析计算得出合理加工路径,确定出刀具相对工件的位置和姿态.解决了指状刀具和刀轴的干扰问题,并通过计算机仿真和实际操作加工证明此方法的可行性,对改进螺旋锥齿轮的加工制造有一定现实意义.     

三坐标测量机测量路径的曲率连续自适应规划

该文介绍了广泛用于逆向工程中的三坐标测量机的测量原理、曲面测量规划和测量路径优化的方法。常用的圆弧插值法和多项式法由于测量规划简单、控制方便而应用广泛,但是在用它们对自由曲面进行自适应测量时,需测点数会随着自由曲面的复杂程度的提高而显著增加,精确程度和效率也随之大幅度降低。基于自由曲面应保持多阶连续的几何特性,该文提出了曲率连续自适应法来测量具有自由曲面特征的物体。规划的测量路径的准确性和测量效率得到了提高,保证了测量系统的可靠性和安全性,最后用实例证实了该法的有效性和经济价值。     

航空用叶片螺旋铣削刀位轨迹规划

研究了航空发动机叶片叶身部分的螺旋铣数控加工过程,在螺旋加工的基础上用等高度残留法推导了五坐标数控铣加工的叶片刀位点计算公式。根据叶片特征和数控加工理论,详细讨论了叶身加工过程中的刀位计算方法,在采用端面立铣刀刀具的基础上提出了一种新的螺旋形切触点轨迹的构造方法,有效地避免了刀具过切现象,保证了桨叶的扭角精度和表面粗糙度,减少了后续工序的加工难度。本文的刀位计算方法在叶片螺旋铣加工实践中取得了良好效果,提高了叶片生产效率和加工质量。     

闭环型复杂曲面平底刀五轴数控加工螺旋轨迹方法研究

目的 研究复杂曲面刀具轨迹规划方法,以实现闭环型复杂曲面平底刀五轴数控高效加工。方法 针对目前的投影法不适用于闭环型复杂曲面的缺陷,在总结平底刀和螺旋走刀模式基础上,基于闭环型复杂曲面连续封闭的特性,提出一条展开式的投影映射新思路,应用求截交曲线弧长的方法将复杂曲面投影映射到二维平面上,规划完成螺旋曲线后逆映射回复杂曲面,得到完整的螺旋刀具轨迹。结果 采用这种新螺旋刀具轨迹规划方法的加工效率较之UG轨迹规划方法提高了12.36%。结论 基于投影法的闭环型复杂曲面螺旋刀具轨迹生成方法使生成的刀具轨迹连续进给,实现了复杂曲面高速连续切削加工,在保证加工精度的基础上显著提高加工效率。     

用浮力法测量金刚石膜的密度

本文报道了一种测量金刚石膜密度的浮力法.这种方法的特点是快速、方便、准确和实用.