非球面精密数控研抛中研抛力的控制

提出了一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的研抛力控制方法来控制非球面数控研抛系统中的研抛力以实现恒压力研抛.研究了该方法的原理、模型、影响因素并研发了相应的实验研究系统.阐述了基于磁流变力矩伺服装置的研抛力控制原理;应用Preston方程分析了恒压力控制的重要性并基于Hertz理论建立了研抛压力模型,进而建立了研抛力...     

研抛加工机械加载力系统的设计与研究北大核心

为解决研抛加工机械加载力的变化曲线与压力采集等问题,对研抛过程中影响抛光效果的压力大小等主要因素和各种压力加载方法等方面进行了研究。从机械结构和控制软硬件两方面展开了研究,采用了一种基于PCI-1240U运动控制卡以及USB总线的技术,设计了压力加载控制系统;控制软件方面采用Lab VIEW设计了人机交互界面,利用压力加载试验台对实现加载力变化曲线和压力采集进行了测试。研究结果表明:该系统能实时监测加载系统的压力参数,能够实现不同的压力加载变化曲线功能;系统故障断路响应迅速、可靠性高,从而能在保证工件质量的基础上,提高平面研抛的加工效率。     

被动腕关节柔顺驱动环形刀具的曲面适应性问题研究

通过对现有曲面研抛现状的研究,设计出了一种新型的可用于数控铣床的自由曲面形状自适应柔顺研抛工具系统。工具系统中创新型的使用了被动腕关节机构以及磁流变液力矩伺服机构。其中,被动腕关节机构的使用,使得环形研抛工具能很好的适应工件表面曲率变化;同时磁流变液力矩伺服机构可以控制研抛压力的大小。实现了力/位混合伺服控制,为自动化柔顺研抛提供了一种新的途径。利用ADAMS建立了工具系统的虚拟样机,并对研抛过程的动力学问题进行了仿真实验研究。     

非球面数控气囊研抛技术研究

针对目前气囊研抛方法中研抛力控制精度不高的问题,提出一种新的非球面精密气囊数控研抛方法,由磁流变力矩伺服器(MRTS)对气囊与非球面之间的研抛力进行独立控制,由数控车床对气囊研抛工具进行位移伺服控制。基于这一技术,介绍了气囊数控研抛系统的组成,阐明了基于MRTS的研抛原理,分析了气囊研抛工具与非球面工件之间的接触力,建立了研抛力模型,对气囊研抛工具的研抛路径进行了规划,在此基础上,进行了实验研究。实验结果表明,提出的方法可以实时有效控制气囊研抛过程中的研抛力,得到表面粗糙度Ra≤0.03μm的非球面镜面表面,实现了非球面精密、超精密加工。     

机器人自动研抛系统平台搭建及重力补偿研究

为进行复杂曲面工件的柔顺研抛加工,自行搭建了机器人自动研抛系统平台,系统的关键技术之一是实现ATI六维力/力矩传感器和PC机的在线研抛力控制。通过对传感器测量值进行受力分析,提出研抛工具和连接件的重力补偿算法,用于消除加工过程中重力产生的干扰。采取基于位置内环的力外环柔顺控制策略,以45钢曲面工件作为加工对象进行研抛实验。实验结果表明,研抛力在一定范围内保持相对恒定,研抛曲面加工质量稳定,证明了该机器人自动研抛系统平台的可行性,良好地实现了机器人的自动化研抛加工。     

非球面数控气囊研抛力/位解耦控制

针对非球面研抛过程中的力/位耦合问题,本文通过磁流变液力矩伺服控制装置进行力的控制,由数控车床完成位置及速度等工艺参数的控制,实现了力/位解耦,从而提高了研抛的精度。根据Preston研抛控制机理,建立了力控制的实现模型,在确定了研抛过程的工艺参数后,进行了研抛实验研究。通过计算椭球面研抛过程的驻留时间,进而确定了不同位置的时间与研抛力的对应关系,通过控制磁流变液力矩伺服装置的电流输出得到相应的研抛控制力,使其与数控机床给定的进给速度及位置进行匹配。实验结果表明:通过驻留时间进行力控制的方法可以实现高效率研抛加工中力的控制。     

超精密研抛及超声波研抛技术分析

本文介绍了研抛和超精密研抛技术,分析了研抛技术的发展过程和超精密研抛技术的发展现状,列举了几种超精密研抛方法,重点说明了超声波研抛的特点。最后分析了该技术的推广应用及其发展趋势。超精密研抛技术是提高加工表面质量有效的加工方法,与传统的研抛方法相比大大提高了加工效率。     

机器人超声研抛自由曲面的精加工系统

论述自由曲面精密加工领域内机器人的应用背景,介绍机器人超声弹性研抛系统的构成及工作原理,建立面向自由曲面的机器人加工系统的控制模型,实验证实该系统方案的可行性和技术的先进性。     

微小研抛机器人开放式控制系统研究

提出在大型模具曲面上进行自主研抛作业的微小机器人的运行特征,建立了一种基于PMAC和PC的双CPU开放式控制系统.通过对伺服运动、研抛执行和传感定位子系统的分析,全面介绍了系统体系结构和控制策略,运动实验结果表明了系统的可行性.该微小研抛机器人控制系统的设计符合实用要求,具有一定应用价值.     

大型曲面自适应研抛机器人运动学仿真

为了提高加工效率,提出了一种安装盘状工具在大型曲面上进行自适应研抛加工的机器人,可以在行进中进行作业.在分析了大型曲面的特征,针对盘状工具多点切触加工的特点,确定了机器人的技术构成.通过Pro/Engineer软件建立了研抛机器人的虚拟模型,研究了自适应研抛机器人和加工系统的运动学并建立了数学模型,应用Adams和Matlab软件对研抛机器人的自适应性和整机运动性能进行了联合仿真.仿真结果表明研抛机器人及其工具系统具有良好的动态性能,为研抛机器人系统的设计、制造和控制提供参考依据.     

基于气缸的主动恒力输出装置设计

针对精密装配、搬运、工件表面修刮或磨削、抛光和擦洗等行业对设备主动柔顺能力的迫切需求,设计了一种基于气缸的主动恒力输出装置。对照设计目标,对所用的器件(包括比例压力调节器、气缸、导轨和压力传感器等)进行针对性选型,并设计针对压力传感器微弱信号的调理电路,增强其信号的准确性和抗干扰能力,同时设计数据采集处理板对整体系统进行控制,完成对力输出的闭环控制,并通过RS485通讯接收上位机命令和上传采集数据。最后通过大量动静态压力的测试实验表明该设备在整个量程内,其输出力误差在±3N以内,响应时间在300 ms以内,输出力不小于200N,性能满足设计目标。该设备的研制成功为主动力控制系统的设计研究开辟了新的思路。     

机器人恒压球形公自转磨头抛光技术研究

采用工业机器人进行大口径光学元件的研抛过程中，机器人自身定位误差会导致研抛压力产生波动，进而影响去除函数稳定性，为此提出了一种机器人恒压球形公自转磨头抛光方法，并对其结构、工作原理、机器人定位特性以及研抛压力输出特性开展了研究。首先，基于Preston理论构建了材料去除模型，对去除函数形状进行了分析，对所设计抛光磨头的机械结构与工作原理进行了介绍。然后，对机器人定位误差以及磨头输出力响应性与稳定性进行了测量，验证了所提方法能够较好地适应机器人研抛压力波动而做出的力响应控制。最后，进行了定点抛光以及粗、精磨抛加工实验。实验结果表明：利用所提方法去除函数的稳定性强，通过10个周期的粗、精抛加工，面形收敛率分别为9095%、7261%，可获得较高的加工精度与面形质量。     

Composite adaptive control of belt polishing force for aero-engine blade

The existing methods for blade polishing mainly focus on robot polishing and manual grinding.Due to the difficulty in high-precision control of the polishing force,the blade surface precision is very low in robot polishing,in particular,quality of the inlet and exhaust edges can not satisfy the processing requirements.Manual grinding has low efficiency,high labor intensity and unstable processing quality,moreover,the polished surface is vulnerable to burn,and the surface precision and integrity are difficult to ensure.In order to further improve the profile accuracy and surface quality,a pneumatic flexible polishing force-exerting mechanism is designed and a dual-mode switching composite adaptive control(DSCAC) strategy is proposed,which combines Bang-Bang control and model reference adaptive control based on fuzzy neural network(MRACFNN) together.By the mode decision-making mechanism,Bang-Bang control is used to track the control command signal quickly when the actual polishing force is far away from the target value,and MRACFNN is utilized in smaller error ranges to improve the system robustness and control precision.Based on the mathematical model of the force-exerting mechanism,simulation analysis is implemented on DSCAC.Simulation results show that the output polishing force can better track the given signal.Finally,the blade polishing experiments are carried out on the designed polishing equipment.Experimental results show that DSCAC can effectively mitigate the influence of gas compressibility,valve dead-time effect,valve nonlinear flow,cylinder friction,measurement noise and other interference on the control precision of polishing force,which has high control precision,strong robustness,strong anti-interference ability and other advantages compared with MRACFNN.The proposed research achieves high-precision control of the polishing force,effectively improves the blade machining precision and surface consistency,and significantly reduces the surface roughness.     

模具液流悬浮抛光动态参数研究

为解决模具复杂型腔及异形孔自动化抛光问题,首先建立了模具液流悬浮抛光系统,开发了液流动压力监测平台,实现了抛光工具位置及转速控制;之后结合液流动压理论,分析了模具材料去除模型,获得了流场与压力分布规律;接着通过试验研究了转速和间隙对液流动压力的影响规律;最后优选了6 000 r/min转速和60μm间隙对模具工件进行了...     

线性液动压抛光加工的流体动压特性研究

基于流体动压润滑原理提出了线性液动压抛光加工方法。借助计算流体力学数值模拟，研究了抛光辊子结构和加工工艺参数对液动压力大小及分布均匀性的作用规律。结果表明：具有矩形微结构的抛光辊子可以在工件表面产生均匀的液动压力；更大直径的抛光辊子、更高的转速和更小的抛光间隙都可以获得更大的流体动压力，但同时也会使液动压力分布均匀性变差。搭建实验平台并进行抛光实验，线性液动压抛光加工后，K9玻璃表面粗糙度Ra值从45.41 nm降低到0.91 nm。     

磁流变变间隙动压平坦化加工力特性研究

磁流变变间隙动压平坦化加工利用工件的轴向低频振动使磁流变液产生挤压强化效应,可以有效提高加工效果并使光电晶片快速获得纳米级表面粗糙度。通过旋转式测力仪试验研究不同变间隙参数对磁流变变间隙动压平坦化加工过程中抛光正压力的影响规律,结果表明,在工件轴向低频振动作用下,抛光正压力形成脉冲正值和负值周期性的动态变化过程;将工件轴向低频振动过程分解为下压过程与拉升过程,下压速度和拉升速度对动态抛光力有不同的响应特性;随着最小加工间隙的减小抛光正压力会急剧增大;设置最小加工间隙停留时间观察抛光正压力变化,可以发现在工件最小加工间隙停留期间抛光力从峰值逐渐衰减并趋于平稳;挤压振动幅值对抛光正压力影响较小。建立了磁流变变间隙动压平坦化加工材料去除模型,弄清了在动态压力作用下,磨料更新及其附加运动机制,研究了磁流变变间隙动压平坦化加工过程中磨料颗粒对工件表面柔性划擦和微量去除的作用机理,为磁流变变间隙动压平坦化加工的工艺优化提供了理论依据。     

筛篮电解抛光工装的设计

设计了一种筛篮电解抛光工装,由铜排梁、内筒、外筒、铜圈及铜片等组成。该工装具有结构简单、操作方便、抛光效果好、适用性广等特点。实践表明：应用该工装可有效提高筛篮质量,提升筛选效果。该结构不仅可用于压力筛筛篮的电解抛光,也可实施和推广至纺织、矿山、食品、环保、化工等相似筛选过滤设备的电解抛光。     

Water-Assisted Injection Molding System Based on Water Hydraulic Proportional Control Technique

Water-assisted injection molding(WAIM), an innovative process to mold plastic parts with hollow sections, is characterized with intermittent, periodic process and large pressure and flow rate variation. Energy savings and injection pressure control can not be attained based on conventional valve control system. Moreover, the injection water can not be supplied directly by water hydraulic proportional control system. Poor efficiency and control performance are presented by current trial systems, which pressurize injection water by compressed air. In this paper, a novel water hydraulic system is developed applying an accumulator for energy saving. And a new differential pressure control method is proposed by using pressure cylinder and water hydraulic proportional pressure relief valve for back pressure control. Aiming at design of linear controller for injection water pressure regulation, a linear load model is approximately built through computational fluid dynamics(CFD) simulation on two-phase flow cavity filling process with variable temperature and viscosity, and a linear model of pressure control system is built with the load model and linearization of water hydraulic components. According to the simulation, model based feedback is brought forward to compensate the pressure decrease during accumulator discharge and eliminate the derivative element of the system. Meanwhile, the steady-state error can be reduced and the capacity of resisting disturbance can be enhanced, by closed-loop control of load pressure with integral compensation. Through the developed experimental system in the State Key Lab of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, China, the static characteristic of the water hydraulic proportional relief valve was tested and output pressure control of the system in Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS) parts molding experiments was also studied. The experiment results show that the dead band and hysteresis of the water hydraulic proportional pressure relief valve are large, but the control precision and linearity can be improved with feed-forward compensation. With the experimental results of injection water pressure control, the applicability of this WAIM system and the effect of its linear controller are verified. The novel proposed process of WAIM pressure control and study on characteristics of control system contribute to the application of water hydraulic proportional control and WAIM technology.     

高压气动系统负载容腔压力伺服控制仿真研究

为满足某气体发生系统安装空间小、重量轻、动态响应快、控制精度高等要求,设计了高压气动压力伺服控制系统,并采用高压电-气伺服阀实现了负载压力的高响应高精度控制。建立了系统数学模型,包括高压气瓶热力学方程、高压电-气伺服阀传递函数与流量方程、负载容腔压力变化与排气流量方程等子模型,并设计了反馈线性化PID控制器。基于MATLAB/Simulink平台建立了高压气动系统仿真模型,仿真研究了高压气瓶容积与初始气源压力、负载容腔排气孔通径等参数对系统负载压力控制性能的影响规律。研究结果为该系统的优化设计与实验研究提供重要理论依据。     

Numerical analysis of hydrodynamic process of circular-translational-moving polishing (CTMP)

By keeping a pad moving relative to a wafer along a circular path without rotation, we developed a polishing technique called circular-translational-moving polishing (CTMP), which permits multidirectional polishing of the work piece and thus bears the advantage of isotropic polishing and a potential increase of material removal rate (MRR) on the wafer. To illuminate the mechanisms of CTMP and determine the optimum process variables in a CTMP process, a three-dimensional hydrodynamic lubrication model for CTMP with a smooth and rigid pad under a quasi-stable state is established in a polar coordinate system. The model equations are further calculated numerically by the finite difference method. The instantaneous distribution of fluid pressure is obtained, which shows that a negative pressure exists. The reason for negative pressure in CTMP and its effect on polishing is discussed. Moreover, the nominal clearance of the fluid film, roll, and pitch angles under different working conditions are obtained in terms of the applied load, moments, and polishing velocity. The obtained numerical analysis can be used as guidance for choosing operation parameters in a practical CTMP application.