微结构的精密微细铣削加工技术研究

探讨在超精密微小型铣床上进行微结构的精密微细铣削的可行性,使用不同类型的微小刀具在高分子材料上成功的加工出不同的微结构阵列,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察并分析了精密微细铣削加工的微结构阵列.     

微结构表面超精密加工中切削条件的影响分析

介绍了微结构功能表面加工中的问题,以同轴调制锯齿波微结构的金刚石超精密加工为例阐述了其加工原理,结合试验对刀具刀尖圆弧半径、被加工材料和切削液等切削条件与金刚石超精密切削加工后的微结构功能表面之间的关系进行了分析与讨论,并对主轴转速和刀具进给速度等切削用量与金刚石超精密切削出的微结构功能表面之间的关系进行了分析与讨论.     

高体积分数SiC_p/Al复合材料精密车削加工工艺技术

针对高体积分数铝基碳化硅材料车削加工过程中出现的刀具磨损严重、寿命低、切削难度大、零件质量难以保证等问题,采用聚晶金刚石刀具(PCD刀具)对其进行精密车削工艺实验,并利用扫描电镜、粗糙度仪、圆度仪等设备对已加工表面和刀具磨损形态进行观察分析研究。研究表明:刀具材料、切削速度、切削深度和进给量是影响高体积分数SiC_p/Al复合材料加工质量的主要因素。当切削速度在25~40 m/min、切削深度在25~35μm和进给量为25μm/r的PCD车刀时,切削效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善工件表面加工质量,得到表面粗糙度为0.58μm和圆柱度为0.91μm的加工表面。     

光学自由曲面加工机床换刀误差辨识与补偿机制研究

为了达到光学自由曲面加工机床的精度要求,进行机床快刀伺服系统换刀误差的辨识与补偿。首先对机床快刀换刀误差进行理论分析,得到其对加工成形点的影响。再对快刀系统进行几何建模以及刀具轨迹建模,从而进行工件表面微观形貌预测,得到换刀误差影响规律,进而设计检测方案以及换刀误差补偿方案。通过在matlab中进行换刀误差加工补偿建模,得到补偿后面型PV值为0.04μm,补偿效果良好。     

刀具刚度对钛合金超薄侧壁加工变形的影响

以控制钛合金超薄结构件的加工变形、获得良好的表面加工质量为目标,基于薄壁零件加工变形理论模型与铣削加工试验,研究分析了刀具刚度对钛合金超薄侧壁结构加工受力变形及表面粗糙度的影响。通过对比分析刚度刀具铣削钛合金超薄侧壁结构时的加工尺寸精度、表面粗糙度以及切削力,发现合理增加刀具刚度可以有效改善超薄壁结构的加工尺寸精度及表面质量。     

ZYTC600专用镗床精密转台微调机构设计与分析

为解决框架类零件的高位置度孔的精密镗削加工问题,研发了ZYTC600专用镗削机床.其精度指标优于现有的通用镗床(包括进口镗床),尺寸在500mm范围内,同轴度优于2μm,垂直度优于5μm,其中的关键部件双回转轴系分度精密转台采用了一套精密调整机构,可以实现0.2s”的精密调整,通过有限元分析得到其驱动刚度可达到800N/μm,可以满足加工需求.     

基于纳米颗粒润滑的单点金刚石刀具磨损抑制技术

润滑是单点金刚石车削硬脆材料时的一个非常关键的因素,针对单点金刚石车床超精密加工单晶硅光学零件过程中刀具易磨损、加工精度一致性差等问题,提出了一种单点金刚石刀具磨损抑制技术,通过选用二硫化钼、石墨、铜、氧化铜等纳米颗粒作为润滑剂,在Ф25.4mm单晶硅平片上开展实验研究.结果表明,纳米颗粒的类型和质量分数对车削过程的润滑效果有明显的影响,使用质量分数为10％的纳米石墨颗粒作为润滑剂时,加工后零件表面质量最好.在车削加工5.067km后,单晶硅光学零件表面粗糙度优于25nm,刀具磨损量约5μm,该单点金刚石刀具磨损抑制技术是有效的.     

轻质材料与结构的一体化设计

针对多孔材料微结构构型的可设计性,基于材料多尺度均匀化计算理论,提出以宏观结构最大刚度为目标,材料微结构构型为变量的材料与结构一体化设计新方法,实现了材料宏观布局设计与材料微结构精细设计的统一。采用凸规划对偶优化求解技术与二次型周长约束格式相结合的途径,实现了快速求解与材料分布棋盘格效应的控制。数值计算结果表明,在材料用量一定的情况下,本方法能有效地实现蜂窝结构及夹层结构的拓扑优化设计,为满足极端环境下航空航天结构的设计需求提供了新的设计思想。     

微结构的拓扑表达模型及自由排布阵列加工方法

制造过程中需要微结构阵列的数学模型从而进行图纸设计、刀具补偿计算、切深数据生成等。本文从拓扑原理出发,结合方向关系与距离关系,得到微结构阵列空间关系的统一表达模型。搭建快刀伺服加工实验平台,利用统一表达模型,并以具体样例加工了微透镜阵列,实现了自由排布的微结构加工。     

一种快速有效的薄壁件加工表面误差预测算法

 在切削力作用下，刀具/工件的变形是影响薄壁弱刚度件加工精度与质量的关键因素，快速有效地进行表面误差的预测是实现工艺参数优化及在线刀具路径补偿的前提。针对立铣加工过程，提出了一种考虑刀具/工件变形位置的快速柔性迭代算法，基于此建立了薄壁件加工变形预测的有限元计算模型，并通过等效集中力作用位置的确定、模型分割及最小化网格重划方法进一步提高了模型的计算速度。通过刀具/工件的瞬时接触区域的限定算法、实际切深的修正算法、材料去除效应的模拟等关键技术更提高了模型的计算精度。以典型航空铝合金材料为对象，合理安排试验，并通过数值计算结果和试验数据的对比，表明该方法计算精度高，计算速度较文献方法提高了近2倍。