Zernike自由曲面加工轨迹规划研究

Zernike自由曲面光学元件加工复杂,采用单点金刚石慢刀伺服车削方法可以实现自由曲面光学元件的高效、高精度制造。本文针对慢刀伺服车削Zernike自由曲面刀具等角度法和等弧长法两种车削轨迹划分方法进行研究,并选择等角度法轨迹划分进行车削工艺实验,获得了口径50mm的Zernike自由曲面光学元件,面形精度PV0.9506μm。     

高硬度内孔的高转速车削

成都航空仪表公司有一滑块零件材料为20号钢,要求渗碳0.4～0.8mm,淬火至硬度HRC60—64。因内孔磨削质量不高,改为高转速车削,质量和效率均明显提高。 采用磨削加工φ7H11孔,表面粗糙度为Ra3.2μm,所需工时25min/件,加工后有喇叭口;而改用高速车削后,表面粗糙度可达Ra1.25—0.8μm,工时为5min/件,且无喇叭口。 磨削缺欠的原因是:压紧砂轮的螺钉为M3螺杆,强度太差,造成喇叭口,而且表面粗糙。进给量只能很小,每次0.01～0.02mm,否则砂轮轴产生弹跳,因而所需工时多。 车削用复合立方氮化硼内孔车刀,在C616A车床上加工,用组合夹具保证孔距、垂直度。     

SiCp/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_p/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_p/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_p/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_p/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_p/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。     

基于UMAC的爬行机器人制孔设备控制系统的设计

介绍了UMAC控制系统的特性,根据爬行机器人制孔设备的结构特点与工艺需求,设计了一套基于UMAC多轴运动控制器的控制系统,阐述了UMAC多轴控制器的硬件系统搭建与软件设计方法,分析了UMAC PID伺服调整中常见的参数设定问题,并给出解决方法。     

整体叶盘超硬磨料砂轮数控磨削加工技术

针对航空发动机整体叶盘进排气边曲率半径小、材料加工难度大、工具磨损快、编程难度大、加工周期长和容易产生加工变形等问题,对多种整体叶盘的磨削加工技术进行了系统的研究,总结了一系列整体叶盘的CBN砂轮数控磨削加工技术,开发了专用的整体叶盘编程模块。利用鼓形砂轮插磨方法和宽行周磨方法实现了整体叶盘叶片的全型面高精度磨削,加工面轮廓精度提高到15-20μm,最小进排气边圆弧半径达到28.7μm。利用几何自适应磨削加工方法实现整体叶盘进排气边的局部磨削加工,接刀痕迹低于10μm。提出了整体叶盘的三轴圆柱坐标磨削方法和圆周阵列磨削方法,可望将叶片长度不大于60mm整体叶盘的加工时间从数十乃至数百小时缩短到3h以内。     

圆锥表面螺旋槽缠绕网格的数控加工方法

为探索圆锥表面螺旋槽缠绕网格结构的数控加工方法,从圆锥等螺距螺旋线参数方程入手,经过坐标转换,推导出螺旋槽的加工刀位点信息,最终实现在三轴联动机床上采用恒定刀轴角度对圆锥表面等螺距螺旋槽的数控加工。研究结果表明,此类加工方法加工出的螺旋槽侧壁和底部垂直度达到0. 02 mm,表面粗糙度达到1. 6μm,槽深6～6. 03 mm,与五轴加工相比均有显著提升,而且加工效率提高一倍,成本降低68%,在工程中可以推广应用。     

激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量,通过开展激光辅助和常规车削加工试验,结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测,研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法,研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度的影响;通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明：与常规车削相比,激光辅助车削可有效提高加工表面质量,降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17.51%、44.48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下：主轴速度为4 000 r/min,进给速度为2 mm/min,切削深度为5μm,脉冲占空比为30%,最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。     

陶瓷刀具车削GH4169表面粗糙度研究

采用单因素试验法,使用陶瓷刀片进行GH4169高温合金的车削试验,分析了各切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明:进给量是影响高温合金车削加工中表面粗糙度的最主要因素,其次是切削速度,切削深度的影响最小;切削速度在190～230m/min范围内,进给量在0.1～0.2mm/r范围内,可以保障表面粗糙度在1.2μtm以内;进给运动轨迹构成了试件已加工表面形貌轮廓的主要特征     

GH4169高温合金车削表面完整性对疲劳性能的影响

通过车削和旋转弯曲疲劳实验,研究直接时效态GH4169高温合金车削进给量对表面完整性的影响,以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:当进给量f从0.2 mm/r减小到0.02 mm/r时,表面粗糙度R_a从1.497μm减小到0.431μm;表面残余应力从拉应力状态逐渐转变为压应力状态;表面塑性变形层从8μm减小到2μm左右;表面应力集中系数是GH4169疲劳寿命的主要影响因素,随着表面应力集中系数增大,疲劳寿命显著下降;在实验参数范围内,当f=0.13 mm/r时,可获得好的表面完整性,表面应力集中系数K_(st)为1.166,表面显微硬度为405.27HV_(0.025),表面残余应力为82.08 MPa,获得的平均疲劳寿命为6.98×10~4周次;车削表面疲劳断口具有多源疲劳断裂特征,疲劳源起始于试件加工表面的缺陷处。     

基于冲击阻尼的深孔车削减振 车刀设计

针对内圆车削过程中特别是大长径比内孔车削时,径向力造成工件振动或变形,影响加工精度和表面质量的问题,开展基于冲击阻尼器的减振车刀研究。首先基于欧拉–伯努利梁理论,通过建模仿真开展冲击阻尼机理研究;其次对不同的切削参数与阻尼参数,运用模拟退火算法,优化单侧间隙、恢复力系数等变量,使减振车刀主模态负实部最大化,提升车削稳定性;最后基于冲击阻尼原理设计减振车刀并进行切削试验。试验结果表明,当转速n=400r/min,进给量f=0.1mm/r,切削深度a_p=0.4mm时,内置冲击阻尼器可使长径比为7的内圆车刀径向振动加速度由46.5m/s~2下降到4.0m/s~2;工件表面粗糙度R_a由4.62μm下降到1.95μm。     

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。     

基于UMAC控制器构建三轴数控平台

简要介绍了UMAC控制器结构及开放性,建立了UMAC控制下的三轴数控平台原理图,并对系统的组成部件进行了选型,重点对系统的连接进行了讨论,最后构建了一个三轴数控平台。     

基于UMAC的高精度空气静压主轴控制系统研究

为了实现对高精度空气静压主轴控制性能的改善,本文建立了一个基于UMAC的开放式数控系统,采用基于UMAC改进的速度/加速度前馈复合PID伺服控制策略,并对这种方法在UMAC卡中的实现原理及参数调节进行了详细描述,最后进行了跟随误差仿真比较。     

数控电解铣削加工机床研制

针对航空、医疗等领域内一些中小尺寸零件复杂曲面和窄深型腔的加工需求,研制了数控电解铣削加工机床,包括:设计了带X/Y/Z移动和C轴旋转的4轴联动机床结构,可实现2μm的重复定位精度;开发了具有快速短路响应及泄能模块的高频脉冲电解电源,并能够与电解机床控制系统实时通信;订制了过滤精度0.5μm,压力、温度可调可控的电解液循环过滤系统。最后以实例进行验证,采用圆柱电极以电解铣削方式在304不锈钢上加工出宽1.4mm、深8mm、R_a0.8μm,侧壁陡峭的大深宽比窄深盲槽,加工过程稳定,机床达到了预期设计目标。     

钛合金激光砂带加工的离焦控制与表面形貌

钛合金由于优越的热机械特性（耐高温和耐腐蚀）而被广泛应用于航空航天、核电领域，但独特的低导热系数、高强度和加工硬化性能导致其加工困难，表面完整性难以保持。激光辅助加工方法可以有效地提高难切削材料的切削性能，提高其表面完整性。提出一种激光加工与砂带磨削融合的特种加工方法（激光砂带加工方法）,建立了激光砂带加工的焦点控制运动模型，通过对焦点的控制实现利用激光加热特性和砂带磨削柔性特性快速去除材料，在自行搭建的激光砂带加工实验平台进行了加工实验，对不同离焦量下激光砂带加工的钛合金样品的表面三维形貌、微观结构进行了分析和比较。结果表明，激光砂带加工过程中离焦量的大小极大程度影响了激光的能量分布，导致激光砂带加工机理发生变化，离焦量的减少导致表面算术平均偏差S_a先从8.07μm减少到7.40μm然后增加到22.1μm,材料的气化和熔化去除现象更加明显。最后证明了激光砂带加工方法可以改善钛合金的加工性能，提升表面的耐磨损性能，具有广阔的应用前景。     

UMAC伺服同步控制技术在轨迹制孔上的实现

根据轨迹制孔设备的结构特点和工艺需求,设计研制了一套基于UMAC多轴运动控制器的轨迹制孔控制系统.阐述了UMAC多轴运动控制器的硬件调试系统搭建、软件的应用和设计方法,同时重点介绍了虚轴同步技术在轨迹制孔控制系统中的应用,通过运动控制并给出了测试记录和制孔试验,验证了基于UMAC的伺服同步控制技术在多轴运动控制器在轨迹制孔设备中的实际应用效果的有效性.     

主轴零件的超精密加工

本文具体介绍了高精度圆柱轴的最后研磨工序的精研方法。此方法经实践证明效果良好,实际圆柱轴的精度可达0.1μm。本文对实际加工高精度圆柱轴具有一定的参考价值。     

镁铝尖晶石高温环境加工性能研究

镁铝尖晶石是一种硬脆透明陶瓷材料,为解决其难加工问题,超精密激光辅助车削加工技术被应用于精密加工中。因此,采用高温维氏压痕试验以及高温刻划试验,对镁铝尖晶石高温环境下加工性能的研究具有重要意义。当加工环境温度从23℃上升至283℃时,维氏显微硬度值从15.85GPa降低至7.66GPa,脆塑转变临界深度平均值从0.51μm增加至0.80μm。探究了高温环境下材料脆性域及塑性域的材料去除方式。通过对划痕表面形貌的观测,确定其亚表层裂纹深度随温度上升而减小,为超精密激光辅助车削加工技术提供了一定的技术基础。     

超精密镗床在三○三所研制成功

由三○三所超精密基础元部件——全花岗石气浮轴承、气浮导轨、床身以及高精度水平轴端齿盘等组装而成的超精密镗床已于1990年12月26日调试成功。该镗床实测精度如下:主轴迥转精度为0.05μm,导轨直线性为0.07μm/200mm(有补偿)0.13μm/200mm(无补偿)。加工转子孔试件获镜面内孔,     

壳体精车装夹优化设计

壳体为陀螺加速度计的重要结构件,壳体加工精度的提高对保证陀螺加速度计的工作精度十分关键。针对壳体精车内孔产生振纹的问题,在现有弹性夹套的基础上,分别设计了螺钉和半圆瓦式垫片对壳体薄壁部分进行夹紧固定。使用有限元软件ABAQUS对优化的装夹系统进行静力学分析,分析工件受力变形和应力分布情况,并通过车削试验进行对比。结果表明,同时使用螺钉和半圆瓦式垫片装夹工件,壳体内孔的表面粗糙度达到0.36μm~0.39μm,圆柱度达到0.001mm~0.002mm,满足表面质量要求。