轴对称非球面平行磨削Y轴向对刀误差补偿

在光学系统中应用非球面光学元件能够提高光学系统设计灵活性,改善光学系统成像质量,缩小光学系统尺寸,在整体上减轻系统质量。本文通过系统分析轴对称非球面元件精密磨削工艺过程中的轴向对刀误差等加工误差因素,建立轴向对刀误差校正方法,并将其运用到轴对称非球面精密磨削与抛光加工过程中。由实验可知：通过误差补偿,加工时间节省60%以上,Φ80mm口径非球面抛光后的面形精度PV值为0.62μm（0.982λ）,RMS值达到0.093μm（0.147λ）,满足非球面面形精度要求。实验结果验证了理论分析与误差补偿方法的正确性,实现了轴对称非球面光学元件的快速精密加工。     

自由曲面砂带磨削轨迹规划与误差控制分析

砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一,针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足,基于砂带磨削加工的特性,提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先,对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导,结合轮与曲面上加工点主曲率关系,通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差,并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后,基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划,同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理,获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后,应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划,并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求,提高了叶片型面的表面质量和精度,证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差,解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题,能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。     

数控磨床磨削运动精度分析与控制方法的理论研究

在大中型工件的精密磨削过程中,数控磨床的运动精度是影响工件几何形状误差的重要因数．运用多 体系统运动学理论,建立了计及误差的数控磨床运动方程,揭示出保证精密磨削过程得以实现的机械系统运动 本质,并以此为基础,提出适合精密磨削运动控制的数控指令生成方法．     

非球面制造中的加工误差修正补偿

非球面镜在军用和民用光学制造领域中得到了广泛的应用,加工误差一直是研究的热点。为了解决在光学加工容易出现加工误差这一难题,对非球面镜的加工方法进行了深入的研究。通过采用CNC数控铣磨机进行光学非球面加工,分析砂轮转速、工件转速、进给量和冷却液等因素对加工误差的影响规律,研究出合理的误差修正补偿方法——砂轮直径补偿法和沥青抛光模修正法,并对该补偿方法进行了实验。经实验,PV值为0.245μm,表面粗糙度值为0.0160μm。结果证明此方法能有效的减小加工误差带来的影响,从而得到较理想的面型。     

SiCp/Al复合材料的ELID精密加工工艺

针对高体积分数SiCp/Al复合材料的加工难题,采用在线电解修整精密磨削加工工艺对其进行精密磨削实验研究.首先,通过建立单颗粒磨削模型,得到磨粒的最大变形磨屑厚度,进而利用Matlab软件,得到SiCp/Al复合材料塑性域磨削的试验参数范围.然后,通过单因素试验探究磨削深度、砂轮转速以及工件移动速度对加工表面粗糙度的影响,利用正交试验最优参数与理论分析得到的塑性域磨削的试验参数范围进行对比,确定了最优工艺参数.最后,以最优试验参数对体积分数40%的SiCp/Al复合材料进行精密磨削加工,获得表面粗糙度Ra 0.030μm的加工表面.研究表明:应用ELID精密磨削加工工艺,采用W5铸铁基金刚石砂轮,当砂轮转速为1 500 r/min,磨削深度在0.1μm,工件移动速度为2 m/min时,磨削效果最佳.     

剃齿刀修形砂轮斜截面法数控精密加工机理研究

剃齿刀修形砂轮侧面突起是弦长弦高比很大的圆弧,现有数控插补算法无法加工出符合精度要求的修形砂轮。针对这一缺陷,提出斜截面法放大弦高从而减小弦长弦高比的方法,推导加工曲线的方程,并结合算例,获得离散点坐标和加工刀具轨迹。结果表明通过斜截面法放大弦高的加工方式可以获得较高精度的插补轨迹。同时也为大曲率小圆弧曲面的数控加工奠定了一定的理论基础。     

基于ELID精密镜面磨削技术的外圆精加工工艺

为了探究外圆精加工的新途径,采用在线电解修整(electrolytic in-process dressing,ELID)精密镜面磨削技术,对外圆进行ELID精密超精密磨削实验.鉴于许多典型难加工材料的平面精密加工和高效加工是通过ELID精密镜面磨削技术解决的,通过改装机床工艺设备、优化工艺参数,得到当砂轮线速度为20 m/s、磨削深度为10μm、电极间隙为0.3 mm、电压为10 V、电流为1 A、占空比为2/3时,已加工表面的表面粗糙度为0.025μm,外圆磨削状态最佳,加工工件的表面质量最优.     

大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究

针对大型光学非球面制造难度大的缺点，根据非球面的轴对称性，在对非球面方程及曲率分析基础上，采用简便的二轴联动超精密磨削机床，给出两种砂轮加工光学非球面的几何模型，分析了形成光学非球面造型误差的主要影响参数，并通过计算机仿真，得到一系列有价值的结果，即：(1)调整平行砂轮安装角以获得最大行程，可明显提高加工效率和精度；(2)为提高加工精度与效率，在保证砂轮形状精度前提下，带角圆砂轮应采用较大的角圆半径；(3)在加工效率、精度以及质量的稳定性上，带角圆砂轮比平行砂轮有显著的优势；(4)平行砂轮加工成本低，在缓变非球面的粗磨阶段，可用其以较小的安装角度达到加工要求．从而为提高加工效率与精度提供工具选择的依据．     

复曲面镜抛光工艺技术研究

针对Rx为250.7mm,Ry为165.7mm的复曲面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究,给出了批量生产的加工工艺流程,实现了复曲面元件的快速、确定性抛光。通过对复曲面加工的研究,在抛光中对其面型误差进行反馈补偿。最终加工的面型精度小于0.158μm （λ/4）,半径公差控制在±0.5mm以内,满足了光学系统中对复曲面元件的要求,并且在保证有较高面型精度和较好表面光洁度的同时,解决了复曲面镜的边缘效应和中心厚度难以控制等加工技术问题。     

陶瓷材料的机械磨—放电复合加工技术研究

对陶瓷材料的金刚石砂轮磨削加工和放电加工机理进行了研究,并提出了机械磨—放电复合加工技术。由于该复合加工技术有效地结合了放电加工和机械磨削加工的特点,并且二者互为有利条件,因而能高效率、高质量地加工陶瓷材料。实验结果表明,该复合加工技术的加工效率是机械磨削加工的3倍左右,并且加工表面质量与机械磨削相近。     

基于砂轮进给率和磨削功率的内圆磨削系统分析

分析了将砂轮进给率做为输入参数和磨削功率做为输出参数的内圆磨削系统的动态模型及其传递函数。基于该系统的结构和组成环节,首先确定了系统模型,然后将在不同砂轮进给率下实测的两组功率数据用于系统分析,其中的一组数据用于系统参数的识别,另一组用于验证所识别的参数。以数控化改造的内圆磨床为例,采用ARX和ARMAX方法来识别系统参数,将进给率做为输入、磨削功率做为输出的参数传递路径,分析识别内圆磨削过程的系统传递函数,用于分析数控化改造内圆磨床的稳定性和仿真系统的输出功率的变化规律;通过功率谱密度函数分析磨削过程的系统误差和工件毛坯偏差。分析结果表明输出信号中的干扰(噪声)来源于被磨工件内圆表面的偏心和表面波纹。该分析结果可用于内圆磨削选择进给率参数、分析磨削系统和磨削表面质量的依据。     

Efficient Grinding Method for Face Gear with Long Radius Disk Wheel

In order to improve the machining efficiency of the dish wheel grinding face gear, two changes are proposed:a disk wheel grinding face gear with a long radius and a multi-axis movement optimization method for tooth surface correction. Based on the grinding principle of face gears, the equation of the long radius disk wheel is deduced. Based on the structure of the machining tool, the tooth surface equations of the face gear shaped by the long radius disk wheel are established. Furthermore, an optimization model of face gear tooth surface correction is established, and the machine tool motion optimization of face gear tooth surface correction is completed; Finally, a long radius disk wheel grinding face gear test is performed. After the face gear tooth surface correction, the maximum value of the tooth surface deviation is reduced from 180 μm to 16 μm which verified the correctness of the machining method.     

Clarification of abrasive jet precision finishing with wheel as restraint mechanisms and experimental verification

According to the critical size ratio for the characteristic particle size to film thickness between grinding wheel and work, the machining mechanisms in abrasive jet precision finishing with grinding wheel as restraint can be categorized into four states, namely, two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet machining and fluid hydrodynamic shear stress machining. The critical transition condition of two-body lapping to three-body polishing was analyzed. The single abrasive material removal models of two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet finishing and fluid hydrodynamic shear stress machining were proposed. Experiments were performed in the refited plane grinding machine for theoretical modes verification. It was found that experimental results agreed with academic modes and the modes validity was verified.     

“化学渗浸砂轮”在钛合金打磨加工中的应用

钛合金难于打磨加工，是航空航天制造业中难于解决的问题之一。“化学渗浸砂轮”是将化学添加剂及固体润滑剂等物质渗浸至砂轮孔隙中，从而可起到防止砂轮表面粘附，降低磨削力及磨削温度作用的新砂，轮实验结果表明，利用这种砂轮进行钛合金打磨加工，表面质量有显著提高，现已在实际加工中发挥了作用。     

表面结构化砂轮磨削加工技术研究进展

针对表面结构化砂轮的磨削加工研究现状,系统介绍了砂轮磨粒有序排布、磨粒几何参数控制、砂轮结构设计、机械或激光修整砂轮等表面结构化方法,分析了表面结构化磨削工具的加工机理及其对加工表面质量的影响规律.阐述表面结构化砂轮磨削加工规则纹理表面的原理,并介绍了运用表面结构化砂轮磨削规则表面纹理的不同方法.论述了表面结构化砂轮磨削在特定材料加工领域的应用前景,对表面结构化砂轮制造技术的发展方向进行了展望.     

精密数控机床多主轴系统热平衡试验

对现有的精密数控机床主轴系统进行常规工况实验和空运转实验,提出一种数控机床热平衡试验方法,通过该实验方法可以获得数控机床主轴系统的热敏感点、温度场数据和热位移场数据以及热平衡时间等热态特性,以校验理论仿真分析,并建立误差模型,从而实现对主轴系统热特性的快速校核与加工误差补偿.在具有3个独立磨头主轴系统的直线滚动导轨精密曲面成形数控磨床上,开展多主轴系统热平衡试验方法的具体案例研究,获得了其中两个理论上相同的立式磨头的主轴系统温升变化曲线、热变形变化曲线和热平衡时间等不同的热态特性,论证了多主轴热平衡实验对于消除多主轴机床差异性上的重要性,弥补了多轴系统热态特性分析在理论上分析的不足.通过将热平衡试验获得多主轴系统的热态特性结果用于指导热误差补偿工作,减小了机床热误差控制及补偿难度,提高了机床加工直线导轨曲面精度与工作效率.     

Mathematical Modeling of the Numerical Control Cam Grinder Wheel Center Displacement and Its Application

Considering grinding a cam with numerical control(NC)cam grinder,a mathematical model should be estab- lished with the unified parameter based on the original cam-lobe lift data to describe the movement of wheel and establish the relation between the wheel center coordinate,the measuring angle and workpiece's spindle rotation angle.By analyzing,the grinding wheel can be regarded as different followers.To the planar and roller followers,different mathematical models are established, but they can be unified in Eqs.(17)of this paper with the different value of the roller radius r_1.And also the model is suit for the edged follower when assuming the roller radius r_1=0.Experimental verification was done with TKM120 CNC/CBN grinder with NC sets' interpolation according to the model,which shows that high precision parts can be manufactured and this mathemat- ical model can be practically applied for NC cam grinder.     

Mathematical Modeling of the Numerical Control Cam Grinder Wheel Center Displacement and Its Application

Considering grinding a cam with numerical control (NC) cam grinder, a mathematical model should be established with the unified parameter based on the original cam-lobe lift data to describe the movement of wheel and establish the relation between the wheel center coordinate, the measuring angle and workpiece's spindle rotation angle. By analyzing, the grinding wheel can be regarded as different followers. To the planar and roller followers, different mathematical models are established, but they can be unified in Eqs.(17) of this paper with the different value of the roller radius r1. And also the model is suit for the edged follower when assuming the roller radius r1=0. Experimental verification was done with TKM120 CNC/CBN grinder with NC sets' interpolation according to the model, which shows that high precision parts can be manufactured and this mathematical model can be practically applied for NC cam grinder.     

Study on the Digital Manufacturing System of Ship Model Surface

Because a ship model surface (SMS) is a large double-curved 3-D surface,the machining efficiency of the cur- rent handcraft manufacturing method are very low,and the precision is difficult to control also.In order to greatly improve the machining efficiency and precision of SMS,based on the CAD/CAM/CNC technology,this paper proposed a model of SMS digi- tal manufacturing system,which is composed of five functional modules (preprocess module,CAD module,CAM module,post- process module and CNC module),and a twin-skeg SMS as an example,the key technologies & design principle of the nodtules were investigated also Based on the above research works,the first set of 4-axis SMS Digital Manufacturing System in China has been successfully developed,which can reduce the machining time of the twin-skeg SMS from 30 working days needed for the cur- rent handcrafting manufacturing method to 8 hours now,and which can control more effectively the precision of SMS also.     

磨削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形成机制

针对高体积分数SiCp/Al复合材料精密加工问题,研究了磨削加工高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌的形成机制.使用金刚石砂轮在干式和湿式两种磨削条件下对高体积分数SiCp/Al复合材料进行磨削实验研究,通过表面粗糙度仪对表面粗糙度进行测量,运用扫描电镜对磨削加工的表面形貌进行观测研究.结果表明：该材料磨削表面的主要缺陷为SiC颗粒拔出、破碎、压入和Al基体的涂敷等,SiC颗粒的破碎和脱落是磨削加工该材料表面形成的主要机制.两种磨削条件下工件进给速度对表面粗糙度的影响比磨削深度更显著,湿式磨削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构还是表面粗糙度上都好于干式磨削.