单颗磨粒磨削碳化硅陶瓷磨削力与比能研究

为探索磨削速度和单颗磨粒最大未变形切厚对碳化硅陶瓷高速磨削材料去除过程的影响规律,进行了切向进给单颗磨粒高速磨削试验,研究了磨削力、磨削比能与磨削速度以及单颗磨粒切厚的关系。研究结果表明,单颗磨粒切厚为0.03和1μm时,磨削力和磨削比能均随着速度的增加而减小,而当切厚为0.3μm时,磨削力和磨削比能随着磨削速度先增加后减小,磨削速度80m/s为其转折点。磨削力随着单颗磨粒切厚的增大整体上呈上升趋势,但是当切厚小于某一临界值时,磨削力变化并不明显,磨削比能却急剧降低,而且磨削速度提高,该临界值变大。因此,磨削速度的提高有利于降低磨削力和磨削比能,适当增加单颗磨粒未变形切厚并不会恶化加工质量。     

钎焊金刚石套料钻CFRP制孔研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)中高硬度碳纤维易加速孔加工钻头的磨损,导致加工质量变差。采用钎焊金刚石套料钻加工CFRP不仅可提高钻头的耐磨性,加工质量也得到了改善。为更好地优化提高套料钻加工性能,试验采用有序排布的金刚石磨粒制作钎焊套料钻,尝试通过改变磨粒数量来调整单颗磨粒切厚大小,对相同工艺参数下不同单颗磨粒切厚对钻削轴向力、孔壁粗糙度以及出入口质量的影响进行了研究。建立了金刚石磨粒的运动模型,并分析了套料钻制孔中已加工表面的形成过程。试验结果与分析表明:制孔质量与容屑空间和单颗磨粒切厚有关。在容屑空间充足的情况下,随着单颗磨粒切厚的减小,轴向力减小,制孔质量提高。     

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。     

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响

碟轮修整方法可以实现对单层钎焊金刚石砂轮的精密修整,改善磨粒等高性,提高加工表面质量。为了探究此种修整方法对磨削SiC陶瓷的材料去除机理的影响,建立了砂轮修整量与单颗磨粒最大切厚之间影响关系的理论模型,并且进行了单层钎焊金刚石砂轮的碟轮修整实验,在修整过程中又进行了SiC陶瓷的磨削实验。从砂轮磨粒形貌及磨削表面形貌角度对磨削过程中的材料去除机理进行了研究。结果表明,碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮增加了砂轮表面动态有效磨粒数,减小了单颗磨粒最大切厚,使SiC陶瓷的材料去除方式从修整前的脆性断裂转变为塑性变形,最终实现了SiC陶瓷的延性域磨削。     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。     

磨料有序排布钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的性能研究

通过优化排布金刚石磨料研制出钎焊单层金刚石端面砂轮.以硬质合金为加工对象,研究了该砂轮的磨削性能.结果显示连续干磨时,金刚石磨粒的失效形式主要是磨耗磨损和断裂两类,没有出现传统的电镀和烧结工具磨粒大量脱落的现象.这表明钎料合金对磨粒的高强度把持和砂轮的高耐用度.此外,工件的磨削表面获得了良好的粗糙度,理论预测的粗糙度数值和试验数值基本一致.     

磁性流体研磨加工的实验研究

随着科学技术的发展,电子、光学和军品零件加工精度和表面质量的要求日益提高。采用普通研磨加工方法,虽然加工表面粗糙度和形状精度可符合要求,但表面加工变质层会使零件的机械物理性能降低。为此,开发研究出许多精加工技术。磁性研磨法是70年代新开发研究的一种加工方法,具有高精度、高效率和加工表面无变质层的特点,特别适合难研磨材料和复杂形状表面的研磨加工,并能在研磨加工过程中控制研磨效率和研磨精度。本文以自行研制的研磨装置为实验手段,对磁性流体研磨加工进行工艺试验,探索了研磨时间、磨粒粒径、混合液体积添加率和磁场强度诸因素对研磨效率和研磨精度的影响。并在此基础上对研磨机理进行了初步分析,提出了磁性流体研磨加工中单颗磨粒的运动模型,找出了研磨表面产生铜屑粘连、夹渣、磁性颗粒粘附和较粗划痕等缺陷的原因,以及控制措施。     

基于云滴粒子群优化算法的多道次端铣削高效稳定切削参数优化方法（英文）

多道次端铣削切削参数对加工时间和加工质量有着正面或负面的影响,因此对多道次端铣削加工参数的优化是非常重要的。本文建立了基于二阶全离散法(Second-order full-discrete method,2ndFDM)的三维稳定性预测模型,以同时优化主轴转速、轴向切深和径向切深。在综合考虑三维稳定性、机床性能、刀具寿命和加工要求的条件下,得到各道次的最佳加工参数,以达到最短的生产时间。同时提出了一种基于云滴的粒子群优化(Cloud drop-enabled particle swarm optimization,CDPSO)算法,并利用13个标准测试问题对CDPSO算法的性能进行了评估。数值结果表明,该算法在计算成本、搜索能力和鲁棒性方面具有一定优势。最后通过一个切削参数优化实例验证了所提方法在提升加工效率与稳定性方面的有效性。     

磨削加工的计算机模拟技术

由于磨粒形状和分布的随机性,使得预测磨削加工的结果难以实现。计算机模拟作为一种预测技术可望使磨削过程得到控制。本文从单颗磨粒出发利用计算机模拟技术来研究磨削加工过程。首先建立了砂轮地貌、磨削运动的描述、磨削力、磨削温度和砂轮磨损等模拟模型。在此基础上,在HP-1000小型机上开发了模拟软件。该软件能根据输入的磨削条件来模拟磨削加工过程,并以图表和曲线形式输出磨削结果。输出参数除了磨削基本参数外,还包括磨削力和磨削功率、表面粗糙度、磨削温度和砂轮的径向磨损等。最后把模拟结果与实验结果进行了比较,比较结果表明两者基本一致,这证明了模拟技术对磨削机理的研究和磨削结果的预测是行之有效的。     

航空用不锈钢磨粒流光整加工表面完整性研究

为研究磨粒流光整加工不锈钢闭式整体叶环的表面完整性，通过对电火花制备的不锈钢试样进行加工时间、加工压强及磨料目数的单因素试验，研究3个因素对加工后表面完整性的影响。结果表明：表面粗糙度Ra随着加工时间的增加而降低，从初始时的1.459μm降至60 min时的0.193μm，降低速率越来越慢，最后趋于稳定。磨粒流加工有效去除了加工表面再铸层。显微硬度在加工后明显降低，由450～950 HV降至270～350 HV且分布均匀性得到改善。显微硬度随着加工时间的增加整体上呈降低趋势，并出现了一定的加工硬化现象。在使用不同目数的磨料进行磨粒流加工后，残余应力由拉应力变为压应力。随着加工时间和加工压强的增加，试样表面越平整，抛光效果越好。     

CHIP FORMATION MODEL OF TITANIUM ALLOYS

钛合金的切屑变形从低速起就是一种典型的集中剪切滑移,这种集中剪切滑移在高速切削大部分难加工材料时是一种普遍现象。本文研究了钛合金加工的切屑形成过程并提出了描述集中剪切切屑形成过程的三阶段模型。该模型解释了集中剪切切屑节块如何启动、梯形化并最终形成锯齿形切屑。     

线切割上下异型面加工工件描述新方法

在高速走丝电火花线切割机上实现上下异型面切割是国内首创的锥度切割新技术,其中如何描述上下异型直纹曲面工件是上下异型面切割的关键之一。本文详细论述了适用于上下异型面切割的上下面独立编程方法,其原理就是用轨迹合成算法使两个独立的二维程序合成为一个四维联动的线性程序。在文[3]中,作者曾介绍了两种轨迹合成算法,但它们具有加工程序段数多和分割计算误差大的缺点。本文介绍的最少分割段数法是一种新的轨迹合成算法,使用该方法进行轨迹合成计算,既可以获得最少的加工程序段数,又可以保证分割计算精度。     

基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法

针对发动机机匣零件铣削毛坯模型构建中,表面凸台回转轮廓获取困难,凸台轮廓之间以及凸台轮廓与回转体轮廓之间组合难处理,毛坯构建效率低且余量分布不均的问题,提出了基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法。用离散的方法得到复杂形状凸台特征的回转轮廓,将凸台特征与回转体特征的回转轮廓旋转投影到草图平面,结合加工余量、车削刀具尺寸等工艺信息进行毛坯轮廓搜索,进而得到余量分布均匀且符合工艺要求的铣削毛坯。该方法对机匣回转体与表面凸台进行统一轮廓搜索,并充分考虑加工工艺,能处理具有复杂表面凸台的机匣零件,效率高、通用性好;所得毛坯余量分布均匀,减小铣削材料去除量,有助于提高铣削加工效率。     

STUDIES ON MAGNETIC ABRASIVE MACHINING

磁性磨料磁力研磨是近年发展起来的一种高效率、高质量的抛光方法，能够加工复杂外形工件和各种内壁、内腔表面，具有加工装置易于控制、工作环境清洁、加工成本低等优点，具有广阔的应用前景。本文设计、制造了加工装置并进行了一系列的试验，在研磨过程各主要参数对研磨的影响作了研究。试验结果表明，研磨初期加工效率较高，但随着研磨时间的延长，研磨效率降低，研磨质量提高不多；工件转速越高，研磨效率越高，而对研磨质量则没有影响；研磨存在最佳的加工间隙与电流强度值，在此条件下，研磨效率高，研磨质量也较好。本文最后对加工机理作了理论分析，认为磁极的设计与制造研磨能力好、磁性强的磁性磨料是非常重要的。     

基于铣削力仿真的离线进给速度优化技术

为提高数控加工效率和改善加工质量,针对数控铣削加工参数优化同题,以球头刀具为研究对象,提出基 于铣削力仿真的离线进给速度优化方法.提出的方法通过建立各个加工工序相应的铣削力优化目标模型,采用 铣削力仿真的手段,预测数控铣削加工中产生的瞬时铣削力,根据各个加工工序建立的铣削力优化目标控制加 工过程中瞬时铣削力的变化,以提出的给定最大铣削力、给定参考铣削力和给定铣削力范围方法对各个工序进 给速度进行优化.给出了各进给速度优化方法的具体实现步骤,进给速度优化后自动修改NC(Numerical Con-tr01)程序反映优化结果.应用实例证明了提出的基于铣削力仿真的进给速度离线优化算法的有效性.     

NURBS插补技术在高速加工中的应用研究

在数控加工中，同传统的线性插补相比，采用NURBS插补刀轨加工，具有高速、高精度和高表面质量的独特优点，是伴随着高速加工技术发展起来的支撑高速加工单元技术--CNC控制机和CAM软件包的核心基础技术。本文从讨论研究NURBS插补刀轨的生成方法、CNC中NURBS插补器的关键技术等着手，阐述了NURBS插补的特点和技术要点，指出了五坐标NURBS插补技术和基于连续动态控制进给速度的智能NURBS插补技术是今后研究的方向。     

移动机器人铣削制孔系统基准检测

结合航空大部件的数字化对接装配需求,设计了一套用于对接面铣削制孔的移动机器人加工系统,并提出具体的加工工艺流程。研究了基于激光轮廓扫描仪的大量散乱点云数据的预处理算法,提出基于栅格法和迭代拟合法的对接面特征提取算法。针对移动机器人加工系统在大场景下的高精度定位问题,提出基于扫描线法和最小二乘法原理的对接基准孔坐标找正算法。通过产品的加工实验验证,对接面铣削和制孔精度满足系统要求的各项技术指标,证明了本文提出的移动机器人铣削制孔系统的装配对接面加工方法能够精确地完成大部件数字化装配任务,对提高装配质量和效率具有重要意义。     

面向绿色制造的高效冷却技术及其试验

绿色制造和高效加工是21世纪先进制造业的必然趋势,为实现绿色高效加工,本文提出了一种新型的绿色高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术,通过低温气流运载少量冷却液以喷雾射流冲击的形式到达加工区实现强化换热,将加工区的换热水平提高到一个全新的水平.瞬态实验结果表明,在射流速度40 m/s、靶距10 mm的射流条件下,这种冷却方式可提供的临界热流密度高达60W/mm^2,相对于磨削发生烧伤的临界热流密度提高了6倍以上.     

电火花诱导可控烧蚀放电铣削实验研究

提出了一种电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工方法,在中空管状电极中间歇通入氧气,在氧气通入阶段电火花引燃金属,利用金属燃烧产生的化学能进行烧蚀加工,氧气关闭阶段进行常规电火花铣削修整,保证表面加工质量与精度。通过实验研究了极性、脉冲宽度、脉冲间隔、低压电流、氧气压力和供氧间隔等工艺规准对电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工材料蚀除率和电极相对损耗率的影响。结果表明:该加工方式适合采用正极性加工;电极相对损耗率保持较低的水平;进行粗加工时,应适当增加氧气通入时间,以增加材料蚀除率;进行精整加工时,则应减少氧气通入时间,增加电火花放电时间,以提高表面质量与精度。