面向光泽度创成的管类零件多序抛光工艺建模及实现技术

摘要

随着近年来轻工行业飞速发展，卫浴五金行业作为其一个重要分支需求量也在逐年攀升。抛光是卫浴五金产品加工制造中重要的表面加工方式，其使用柔性砂带及尼龙带通过对工件表面进行多工序微去除从而获得高质量外观的工件表面，其主要的外观评价指标为表面光泽度，用来对物体表面的光亮程度进行评价与表征。国内卫浴五金产品制造工厂大多采用手动抛光的加工方式，存在抛光质量不稳定、效率低、污染严重等问题。选取水龙头弯管这一典型零件作为研究对象，为了获得更高的生产效率和更高的抛光质量，亟待开发一种面向卫浴五金产品的成套自动化抛光装备以及基于光泽度指标的工艺指导方法。
　　对于特定的入射环境，表面光泽度则主要取决于表面微观形貌。为了建立表面光泽度与表面微观形貌特征的关联，根据光反射基本原理及针对金属表面的相应修正公式，并基于针对粗糙表面的小平面微元假设对表面光泽度进行建模，实现特定表面微观形貌的光泽度的仿真预测。进一步，选取五个形貌表征参数对抛光表面微观形貌进行表征，基于线性滤波法及Johnson转换系统建立特定形貌特征参数下的表面仿真模型，在光泽度模型的基础上通过仿真分析建立表面光泽度随表面微观形貌特征的演化规律。
　　进一步建立表面微观形貌与加工参数的关联，对多序砂带抛光表面的微观形貌演化过程进行了深入研究。通过磨粒表征及分布模型建立砂带表面微观形貌数字化仿真模型。基于力学分析及赫兹接触理论确立实际接触状态，对抛光过程中砂带与工件运动分析建立多序砂带抛光表面生成模型，通过仿真及实验得出多序抛光的各道工序中形貌表征参数随抛光参数的演化规律。
　　基于对“光泽度与表面微观形貌”关联研究及多序砂带抛光表面的微观形貌演化过程研究的基础上，分析得到了生成高、中、低表面光泽度所对应的抛光加工条件范围。通过所建立模型联合仿真分析得到光泽度随抛光工艺参数的演化规律及多工序间的相互关联，基于理想光泽度指标对工艺进行确立，同时考虑加工节拍及效率需求提出了多约束下的多工位抛光工艺条件确立，得到多序砂带不锈钢弯管抛光的工艺参数。
　　最后，为了对所建立基于理想光泽度指标的工艺进行验证，开发了不锈钢弯管多工位自动化砂带抛光装备。设计多自由度双机械手实现自动化抛光过程。通过图像处理及轨迹生成算法开发实现了弯管形状轨迹自适应生成。在保证质量的前提下对工序进行简化，通过多序抛光实验验证了抛光工艺的可靠性，最终实现了不锈钢弯管砂带抛光，并为其提供了有效的成套工艺指导方法。

目录

声明

摘要

1．1研究背景与意义

1．1．1抛光加工应用及其加工需求

1．1．2高光泽需求表面机械抛光成套工艺加工实现

1．2文献综述

1．2．1光泽度建模理论及实验研究

1．2．2磨削抛光表面建模

1．2．3自动化抛光装备开发

1．3课题的提出

1．4论文主要研究内容及研究思路

第2章表面光泽度与微观形貌特征关联研究

2．1光泽度定义与测量方法

2．1．1光泽度的定义及物理意义

2．1．2光泽度的测量方法

2．2光泽度反射模型的建立

2．2．1光泽度表面形成原理

2．2．2光泽度反射微元模型建立

2．3“光泽度-表面微观形貌”关联模型的建立

2．3．1抛光表面微观形貌表征

2．3．2基于Johnson转换的非高斯序列生成

2．3．3非高斯特征抛光表面微观形貌重构

2．4“光泽度-表面微观形貌”关联模型仿真与实验分析

2．4．1 “光泽度-表面微观形貌表征参数”关联分析

2．4．2“光泽度-微观形貌”关联模型仿真分析与验证

2．5本章小结

第3章多序砂带抛光微观形貌演化过程仿真研究

3．1砂带表面微观形貌数字化仿真模型

3．1．1刚玉磨粒数字化仿真模型

3．1．2磨粒分布及刚玉砂带仿真模型

3．2砂带抛光接触条件分析

3．3砂带抛光表面微观形貌数字化重构

3．3．1砂带抛光去除率模型

3．3．2砂带抛光表面微观形貌数字化仿真模型

3．4多序砂带抛光微观形貌创成仿真及实验分析

3．4．1砂带抛光实验设计

3．4．2模型验证及实验仿真结果分析

3．5本章小结

第4章基于光泽度指标的多序抛光工艺设计

4．1表面光泽度与加工工艺参数的关联建立

4．1．1光泽度与表面微观形貌参数演化规律研究

4．1．2微观形貌参数与抛光加工参数演化规律研究

4．2基理想光泽度指标的工艺条件建立

4．2．1光泽度模型与多序抛光表面模型联合仿真验证

4．2．2理想光泽度生成工艺条件建立

4．3多序抛光约束条件建立及分析

4．3．1各抛光工序间的约束条件

4．3．2抛光加工参数的约束条件

4．3．3表面光泽度及加工节拍的约束条件

4．4多序抛光中工序间关联分析及工艺设计

4．4．1砂带多序抛光表面光泽度演化规律分析

4．4．2尼龙带抛光表面光泽度生成工艺条件建立

4．5本章小结

第5章不锈钢弯管成套抛光实现及工艺验证

5．1弯管抛光装备结构设计

5．1．1抛光运动分析与方式优选

5．1．2抛光单元功能模块设计

5．1．3多自由度双机械手设计

5．2多自由度双机械手联动轨迹建立

5．2．1弯管形状识别算法开发

5．2．2抛光轨迹生成算法开发

5．3不锈钢弯管抛光成套装备设计

5．3．1数字化控制系统设计

5．3．2弯管抛光多工位功能模块集成设计

5．4弯管抛光多工位成套设备综合实验

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间的学术成果

致谢