轴对称非球面超精密磨削的几何模型研究

超精密磨削轴对称非球面光学器件是提高加工效率和加工精度的有效方法。根据轴对称非球面的轴对称性采用了加工简便的二轴联动超精密磨床,给出了NC加工中的砂轮中心位置计算的几何模型,分析了加工中影响精度的主要误差源及所产生的误差,提出了相应的误差补偿策略,并给出砂轮形状改进方法。     

大负载超声振动磨削系统的设计

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成。首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性。实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,在解决大负载超声振动磨削系统设计难题上的有效性。该超声系统结构简单,声学振动特性稳定,可输出均匀的位移振幅,有望在大负载的超声磨削领域获得应用。     

超硬磨料砂轮激光修整技术的现状与展望

阐述脉冲激光修整技术的基本原理和特点,从超硬磨料砂轮激光修整技术的工艺参数优化、数值模拟仿真两方面对其研究进展进行综述,指出该技术目前正面临的主要问题,并对其发展方向进行预测和展望。超硬磨料砂轮激光修整技术目前已经取得了较大的进步,但基础科学理论、砂轮表面质量评价、在线精密修整技术等关键性技术仍然是该领域非常棘手的难题,有待对其进行更深层次的探索和研究。     

工程陶瓷专用磨削液抗堵塞添加剂分子结构设计及其验证

根据有机化学基本原理以及课题组前期总结有机物分子结构与砂轮堵塞间的交互规律,讨论并确立了陶瓷专用磨削液最佳抗堵塞添加剂应具备的分子结构特征.依据该特征设计并选择了月桂酸钠和硬脂酸钾这两种优化添加剂进行试验和验证.试验结果表明:在非极性氮化硅陶瓷磨削过程中,月桂酸钠应用效果最佳,完全抑制砂轮堵塞现象的发生.在极性陶瓷氧化铝磨削过程中,两种试剂也可以起到明显的抗堵塞效果,但抗堵塞能力相对较差.在此基础上,文章讨论了有机物在陶瓷表面的吸附形式与抗堵塞特性之间的交互关系.     

玻璃结合球形空心堆积SiC磨料的制备与性能

以R2O-ZnO-Al2O3-SiO2-B2O3体系玻璃为粘结剂,空心玻璃微珠为载体,240#SiC为磨料,稀释水玻璃为润湿粘结剂,采用滚球法制备了球形空心堆积SiC磨料.研究了粘结剂性质、润湿粘结剂用量和玻璃质粘结剂含量等对堆积磨料制备、形貌和结构的影响,并考察了用其制备的砂带的磨削性能.结果表明:玻璃质粘结剂量为5wt;,750℃温度下烧结,粘结剂产生的液相能对SiC磨料进行包裹和产生较强的粘结力.润湿粘结剂量为242 mL/kg干物料时,堆积磨料粒径在1.0～1.4 mm范围内成球率达到最大值为95;.空心球堆积SiC磨料砂带240#最大磨削比为71∶1,标准材料切除率ZW为0.89 mm3/mm·s.     

单晶硅高速磨削亚表层损伤机制的分子动力学仿真研究

运用分子动力学仿真模拟高速磨削下单颗金刚石磨粒切削单晶硅的过程,通过分析切屑、相变、位错运动并结合工件表面积的演变规律研究磨削速度对亚表层损伤和磨削表面完整性的影响.仿真结果显示:磨削速度的增大会加剧磨粒前端材料的堆积,超过200 m/s后增加不再明显.而加工区域的平均温度通过原子之间的挤压和摩擦会不断增大.在磨削温度、磨削力以及粘附效应的相互作用下,摩擦系数先增大后减小.晶格的变形、晶格重构和非晶相变导致切屑形成过程中的磨削力剧烈波动.研究结果表明:在加工脆性材料单晶硅过程中,随着磨削速度的升高亚表层损伤厚度先减小后增大.当磨削速度低于150 m/s时,随着磨削速度的升高,磨粒下方的原子晶格重新排列的时间缩短,非晶结构的产生减少,亚表层损伤厚度减小.当磨削速度超过150 m/s时,加工区域中的高温成为主导因素促进位错的成核、运动致使亚表层损伤厚度增大.     

轴对称非球面磨削表面粗糙度和波纹度的分布特性

基于光栅平行磨削的加工方式,分析磨削参数对轴对称非球面表面粗糙度的影响,揭示轴对称非球面表面粗糙度的分布规律。研究砂轮与工件加工过程的干涉现象,阐述其对轴对称非球面表面波纹度的作用机理并提出影响其分布和大小的主要因素。结合磨削实验表明,垂直磨削方向的表面粗糙度明显比平行磨削方向上的大且数值呈现中部小、边缘大的分布特点。砂轮振动和插补步距分别是平行磨削和垂直磨削方向上表面波纹度产生的主要因素。     

磨削加工具有复杂母线的旋转体的微分模型

综合运用微分几何、坐标变换、分段二次Hermite插值及微分方程等数学工具,将磨削加工具有复杂母线的旋转体的问题,通过建立微分模型,然后根据求出的解,设计出了具体的加工方案.对于具有抛物线母线的工件,给出了一个在上台电机进给速度恒定的条件下,加工时间尽可能短的加工方案.对于具有一般母线的工件,利用分段二次Hermite插值,转化为抛物线的情形,也得到了很好的解决.还编写了一系列Matlab程序,作为解决过程中的产品,它们的输出可以直接用于控制磨床,加工具有任意母线的工件.此外,在使得砂轮表面的磨损尽量均匀的问题上,做了富有创造性的探索,并且给出了一个使得圆柱形砂轮磨损比较均匀的加工方案.总体而言,模型具有适用范围广、加工精度高等优点.     

光学非球曲面器件的超精密磨削加工技术研究

为磨削加工出高精度、高质量的光学非球曲面器件。详尽分析了砂轮的安装及半径等误差对零件加工精度的影响。设计研制出了一套非球曲面磨削系统 ,并用它进行了实验研究。实验结果表明 :要获得高精度的非球曲面器件 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 10 μm ,并在采用较高的砂轮线速度和较小的进给量的情况下 ,才能实现光学非球曲面的超精密磨削加工 ,经过各种磨削参数的优化选择 ,其非球曲面最终的零件轮廓精度为 0 4 μm ,表面粗糙度Ra优于 0 0 1μm。     

轨迹成型法加工光学零件磨床中的微进给电控装置的研究

本文提出了一种在轨迹成型法加工光学零件磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给电控装置。试验表明,在轨迹成型法加工光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后,工件表面粗糙度可达Ｒａ＝０．０２μｍ,能够达到光学零件精磨的粗糙度要求。