小工具头磁流变抛光工艺及抛光轨迹研究

发布时间：2017-09-03 17:20

  本文关键词：小工具头磁流变抛光工艺及抛光轨迹研究

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【摘要】：随着科技的日新月异,高尖端仪器设备对高精度小型且结构复杂零件的需求越来越大。这些形状小、结构复杂的零件作为核心零部件在航空航天、军事等领域有着重要作用。针对深腔薄壁结构、无亚表面损伤等加工要求的半球谐振子这类小型异形零件,目前搭建了直径4mm的小工具头磁流变抛光实验样机,由于该实验样机的抛光头形状、磁场分布、加工间隙、抛光斑点形貌等均与传统轮式磁流变抛光装置不同,故需要对其抛光机理、材料去除函数、抛光工艺等展开研究,以获得较高的小工具头磁流变抛光去除率,降低工件表面粗糙度,提高工件面型精度。首先,在润滑脂滑动轴承Bingham介质分析方法的基础上,构建小工具头磁流变流体动力学模型。通过差分法和松弛迭代法对数学模型进行求解,经仿真结果与实际抛光斑点形貌对比,可知磁流变抛光过程中主要以剪切力去除为主,由此根据由剪切力构成的修正Preston方程,建立去除函数模型。通过小直径抛光头磁流变定点抛光熔石英平面工件的实验,确定去除函数中Preston方程系数K的平均值为8.93×10-13 m2/N,在边缘处存在一定误差。其次,利用自研小工具头磁流变抛光实验样机对熔石英玻璃棒的磁流变抛光工艺进行研究。为了研究工艺参数对材料去除率的影响,进行单因素定点抛光实验,结果表明:抛光间隙越小、主轴转速和摆角越大时,材料去除率越高;驻留时间与材料去除量的线性度达0.994,说明加工时间对磁流变抛光去除率影响不大,进而可通过控制工件表面各点的加工时间实现确定性加工。正交实验结果表明:影响工件表面粗糙度和材料去除率的因素主次顺序都为:抛光粉粒度主轴转速最小加工间隙主轴摆角;以去除率和工件表面粗糙度综合指标为实验指标,可获得最优工艺参数组合(最小加工间隙0.08mm,主轴转速6000r/min,主轴摆角40°,抛光粉粒度16μm)。去除函数稳定性实验结果表明:270min内抛光的9个斑点的矩形面积波动小于6.43%,相对峰值波动小于5.87%,从而验证小工具头磁流变抛光去除函数的良好稳定性。最后,基于矩阵形式的驻留算法,根据原始工件面型数据和去除函数,获得各驻留点的驻留时间,通过计算机控制磁流变抛光轨迹,完成对回转对称工件的成型抛光;经过两次迭代加工,在工件中心Φ16mm范围内,加工表面粗糙度达2.4nm,面型精度由0.81μm提高到0.14μm。
【关键词】：小工具头 磁流变抛光 去除函数 工艺实验 面型修正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.692
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究背景9-10
• 1.2 磁流变抛光技术现状10-16
• 1.2.1 磁流变抛光国外研究现状11-13
• 1.2.2 磁流变抛光国内研究现状13-16
• 1.2.3 磁流变抛光研究现状综述16
• 1.3 主要研究内容16-18
• 第2章 小工具头磁流变抛光的去除函数18-34
• 2.1 小工具头磁流变抛光机床的研制18-22
• 2.1.1 小工具头磁流变抛光机床结构设计18-20
• 2.1.2 小工具头磁流变抛光永磁抛光头的设计20-21
• 2.1.3 磁流变抛光机床循环系统21-22
• 2.2 小工具头磁流变抛光去除机理分析22-23
• 2.2.1 抛光机理的传统解释22
• 2.2.2 小工具头磁流变抛光去除机理22-23
• 2.3 小工具头磁流变抛光去除模型23-31
• 2.3.1 Bingham介质流体润滑理论23-24
• 2.3.2 抛光区流体磁流变液动力学分析24-27
• 2.3.3 小工具头磁流变抛光材料去除数学模型27
• 2.3.4 磁流变抛光去除数学模型的求解27-31
• 2.4 磁流变抛光去除函数实验31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 小工具头磁流变抛光工艺实验34-47
• 3.1 实验设备与检测仪器34-35
• 3.2 单因素定点抛光工艺实验35-38
• 3.2.1 抛光时间对工件材料去除率的影响35-36
• 3.2.2 最小加工间隙对工件材料去除率的影响36-37
• 3.2.3 主轴转速对工件材料去除率的影响37-38
• 3.2.4 主轴摆角对工件材料去除率的影响38
• 3.3 工艺参数正交实验38-44
• 3.3.1 工艺参数对材料去除率的影响39-40
• 3.3.2 工艺参数对表面粗糙度的影响40-42
• 3.3.3 工艺参数优化42-44
• 3.4 去除函数稳定性实验44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 小工具头磁流变成型抛光研究47-56
• 4.1 计算机控制磁流变成型抛光基本原理47-49
• 4.2 回转对称面型光学零件加工轨迹规划49-51
• 4.3 磁流变成型抛光仿真分析及实验研究51-54
• 4.4 影响磁流变成型抛光工件面型精度的因素54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果62-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 任顺清;赵洪波;;半球谐振子密度分布不均匀对输出精度的影响[J];中国惯性技术学报;2011年03期

2 王琪;汪立新;刘雨时;;半球谐振陀螺仪线振动影响分析[J];压电与声光;2014年06期

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本文编号：786311