机器人曲面抛光的材料去除仿真计算与形貌特征分析
发布时间：2021-11-22 17:58
抛光是获得最终表面质量的关键工序,不同的抛光轨迹会在工件表面上形成不同的材料去除量分布情况,影响着工件的使用性能和寿命。规划良好的轨迹可以在抛光表面上形成均匀的材料去除和各向同性的纹理特征,从而保证工件的面型精度和使用质量。对于各种复杂的抛光轨迹,如果能在实际抛光前通过仿真计算获得抛光表面上的材料去除量,并对得到的仿真表面形貌进行分析与评价,可为抛光轨迹规划及参数优化提供参考,从而减小废品率和缩短产品生产周期。由于柔性抛光盘以倾斜姿态进行抛光被广泛应用于大型曲面工件,本文将对其沿多种复杂轨迹抛光后得到的材料去除量进行仿真,并用功率谱密度和分形维数建立了对抛光表面形貌特征进行分析与评价的方法,用于指导轨迹参数的优化。具体内容包括:（1）通过大量有限元仿真,分析总结出倾斜抛光盘接触区域和接触压强的规律,并使用支持向量机对抛光力进行预测,其后基于Preston方程建立了倾斜抛光盘的材料去除率模型,分三种情形给出了接触区域形状、接触压强及相对速度的数学表达式。（2）以提出的模型为基础,给出一种基于网格模型的全局材料去除量仿真计算方法,生成能够反映材料去除分布情况的伪彩色材料去除图,并使用k-N...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相邻轨迹材料去除廓形的叠加[12]
并将材料去除量以彩色云图的形式进行显示，如图1-4 b)所示，但他的预测结果总是偏大于实验获得的结果。Almeida 等人[24,25]使用 Archard公式在有限元平台上对材料去除进行仿真，该方法求解过程效率低下，不具实用性。Guiot等人[19]使用圆形抛光盘进行摆线轨迹抛光，综合考虑了抛光盘随时间的磨损，但他用椭圆接触以及均压分布进行简化，没有考虑接触压强的复杂性，造成仿真准确性不够高。同时，他也用有限元仿真对接触进行分析，但是却没有给出具体细节。a) 高度形式[22]b) 彩色云图形式[23]图 1-4 抛光表面的材料去除图从以上分析可以看出，目前对抛光表面全局材料去除量的研究不是特别多，而且大部分研究只涉及平面工件，缺少一个准确的模型对任意自由曲面和抛光轨迹进行仿真预测，特别是在用倾斜抛光盘对大型工件进行抛光的应用中。而柔性抛光盘具有很好的顺应性和延展性，已经得到越来越广泛的应用。因此，针对倾斜的柔性抛光盘提出精确的材料去除率模型，并将其用于获得材料去除图，对实现机器人自动化曲面抛光具有重大的意义。1.3.2 功率谱密度分析频谱分析是一种强大的工具，可将时域或空间域中涉及的信息转变为频域，揭示了不同频率或波长分量的能量分布情况，可以说任何具有波形的信号都可以对其进行频谱
除这些偶然误差的影响，并且具有很高的准确性，其结果更具说服力，因工件接触的有限元仿真结果进行研究分析。而对于一个市面上获得的柔性商通常没有相应的力学特性提供，因此首先需要通过实验获得力学特性，的性能数据用于有限元仿真设置。抛光盘的力学特性实验据本课题组的前期工作[63]，采用商业有限元仿真软件 Abaqus 对抛光盘与触进行仿真分析，零部件材料属性的设置为等轴试验数据(Uniaxial Test D抛光盘的拉伸实验或压缩实验来获得其力学特性。采用运动精度较高的数盘进行压缩实验，实验设备及其设置如图 2-1 所示。图 2-1 a)为压缩实验力仪组件，测力仪与信号放大器连接，信号放大器又与数据采集卡相连接集卡获得的动态力数据将传入 PC 用于后续的处理。如图 2-1 b)所示，K力仪通过虎钳水平固定于数控机床的工作台上，半径为 25mm 的柔性抛光仪上方。为了实现对抛光盘的均匀下压，一块薄玻璃板被放置于抛光盘主轴上铣刀的下移来控制玻璃板的下移，进而控制抛光盘的下压量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的川西南山区河流与农村居民点分布关系研究[J]. 强淼,于慧. 江苏农业科学. 2019(02)
[2]计算机控制小磨头抛光技术研究进展[J]. 张林,林有希. 机械制造与自动化. 2018(06)
[3]基于分形理论的球头铣削表面形貌研究[J]. 陶海旺,赵军,刘昊,宋伟田. 工具技术. 2018(12)
[4]孔隙分布对分形泡沫金属基相变材料传热特性的影响[J]. 王晟琪,郑佳宜,余延顺. 化工进展. 2018(09)
[5]铝合金表面抛光工艺概况[J]. 方便,张继伦,李文飞,王诗瀚. 云南化工. 2018(07)
[6]曲面抛光的材料去除模型与摆线轨迹控制[J]. 王清辉,谢柳杰,许晨旸,陈锐奇,周雪峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]钇铝石榴石晶体的机械抛光工艺[J]. 孙志明,金洙吉,韩晓龙,范康男,司立坤. 金刚石与磨料磨具工程. 2018(01)
[8]化学机械抛光（CMP）设备关键技术浅析[J]. 王海明. 自动化应用. 2018(02)
[9]滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响[J]. 秦红玲,郭建义,徐翔,王佳乐,赵新泽. 润滑与密封. 2018(02)
[10]QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2017(10)
博士论文
[1]光学曲面确定性抛光的面型精度控制研究[D]. 樊成.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于分形理论的局部码本改进与图像检索加权算法研究[D]. 付晨.河北大学 2018
[2]面向曲面抛光的多方向性轨迹规划[D]. 郑宇星.华南理工大学 2018
[3]机器人曲面抛光的工具接触状态分析与多方向性轨迹工艺控制[D]. 谢柳杰.华南理工大学 2018
[4]复杂曲面抛光工艺研究[D]. 郑海生.吉林大学 2016
[5]自动抛光技术及其工艺参数优化研究[D]. 程斌.大连理工大学 2015
[6]基于计算机控制小磨头抛光的去除函数理论研究[D]. 张文彪.天津大学 2014
本文编号：3512188
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相邻轨迹材料去除廓形的叠加[12]
并将材料去除量以彩色云图的形式进行显示，如图1-4 b)所示，但他的预测结果总是偏大于实验获得的结果。Almeida 等人[24,25]使用 Archard公式在有限元平台上对材料去除进行仿真，该方法求解过程效率低下，不具实用性。Guiot等人[19]使用圆形抛光盘进行摆线轨迹抛光，综合考虑了抛光盘随时间的磨损，但他用椭圆接触以及均压分布进行简化，没有考虑接触压强的复杂性，造成仿真准确性不够高。同时，他也用有限元仿真对接触进行分析，但是却没有给出具体细节。a) 高度形式[22]b) 彩色云图形式[23]图 1-4 抛光表面的材料去除图从以上分析可以看出，目前对抛光表面全局材料去除量的研究不是特别多，而且大部分研究只涉及平面工件，缺少一个准确的模型对任意自由曲面和抛光轨迹进行仿真预测，特别是在用倾斜抛光盘对大型工件进行抛光的应用中。而柔性抛光盘具有很好的顺应性和延展性，已经得到越来越广泛的应用。因此，针对倾斜的柔性抛光盘提出精确的材料去除率模型，并将其用于获得材料去除图，对实现机器人自动化曲面抛光具有重大的意义。1.3.2 功率谱密度分析频谱分析是一种强大的工具，可将时域或空间域中涉及的信息转变为频域，揭示了不同频率或波长分量的能量分布情况，可以说任何具有波形的信号都可以对其进行频谱
除这些偶然误差的影响，并且具有很高的准确性，其结果更具说服力，因工件接触的有限元仿真结果进行研究分析。而对于一个市面上获得的柔性商通常没有相应的力学特性提供，因此首先需要通过实验获得力学特性，的性能数据用于有限元仿真设置。抛光盘的力学特性实验据本课题组的前期工作[63]，采用商业有限元仿真软件 Abaqus 对抛光盘与触进行仿真分析，零部件材料属性的设置为等轴试验数据(Uniaxial Test D抛光盘的拉伸实验或压缩实验来获得其力学特性。采用运动精度较高的数盘进行压缩实验，实验设备及其设置如图 2-1 所示。图 2-1 a)为压缩实验力仪组件，测力仪与信号放大器连接，信号放大器又与数据采集卡相连接集卡获得的动态力数据将传入 PC 用于后续的处理。如图 2-1 b)所示，K力仪通过虎钳水平固定于数控机床的工作台上，半径为 25mm 的柔性抛光仪上方。为了实现对抛光盘的均匀下压，一块薄玻璃板被放置于抛光盘主轴上铣刀的下移来控制玻璃板的下移，进而控制抛光盘的下压量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的川西南山区河流与农村居民点分布关系研究[J]. 强淼,于慧. 江苏农业科学. 2019(02)
[2]计算机控制小磨头抛光技术研究进展[J]. 张林,林有希. 机械制造与自动化. 2018(06)
[3]基于分形理论的球头铣削表面形貌研究[J]. 陶海旺,赵军,刘昊,宋伟田. 工具技术. 2018(12)
[4]孔隙分布对分形泡沫金属基相变材料传热特性的影响[J]. 王晟琪,郑佳宜,余延顺. 化工进展. 2018(09)
[5]铝合金表面抛光工艺概况[J]. 方便,张继伦,李文飞,王诗瀚. 云南化工. 2018(07)
[6]曲面抛光的材料去除模型与摆线轨迹控制[J]. 王清辉,谢柳杰,许晨旸,陈锐奇,周雪峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]钇铝石榴石晶体的机械抛光工艺[J]. 孙志明,金洙吉,韩晓龙,范康男,司立坤. 金刚石与磨料磨具工程. 2018(01)
[8]化学机械抛光（CMP）设备关键技术浅析[J]. 王海明. 自动化应用. 2018(02)
[9]滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响[J]. 秦红玲,郭建义,徐翔,王佳乐,赵新泽. 润滑与密封. 2018(02)
[10]QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2017(10)
博士论文
[1]光学曲面确定性抛光的面型精度控制研究[D]. 樊成.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于分形理论的局部码本改进与图像检索加权算法研究[D]. 付晨.河北大学 2018
[2]面向曲面抛光的多方向性轨迹规划[D]. 郑宇星.华南理工大学 2018
[3]机器人曲面抛光的工具接触状态分析与多方向性轨迹工艺控制[D]. 谢柳杰.华南理工大学 2018
[4]复杂曲面抛光工艺研究[D]. 郑海生.吉林大学 2016
[5]自动抛光技术及其工艺参数优化研究[D]. 程斌.大连理工大学 2015
[6]基于计算机控制小磨头抛光的去除函数理论研究[D]. 张文彪.天津大学 2014
本文编号：3512188
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