基于刚性散体的抛光头柔度控制与抛光技术研究

摘要

随着科学技术的进步和制造业的不断发展，模具的应用日益广泛，特别是在航空航天、汽车制造业等高新技术领域。模具的制造设计水平已经成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。但是，国内外对模具表面的精加工多以手工抛光为主，去除效率低，加工周期长，质量也不稳定。为解决这些问题，本文提出了一种新的柔性抛光技术--基于刚性散体的柔度连续可调抛光技术。基于刚性散体的柔度连续可调抛光技术是柔性抛光技术(如气囊抛光和磁流变液抛光)的延续，是一种可以得到高精度和高效率的先进抛光技术，是一种具有较强创新性、实用性的模具自由曲面抛光技术，值得进行积极探索和推广应用。该抛光技术用于金属模具的抛光，可以精确地控制被抛光工件的型面，材料去除效率高，对于模具的粗抛很有意义。本文研究的内容主要包括以下几个部分： 1.在对国内外模具抛光技术和应用状况进行分析后，结合本项目抛光技术的特点，基于散体力学、电磁学原理及偶极子的物理模型，建立以理想铁球为研究对象的模型，并通过剪切试验对这一理想铁球模型进行修正。 2.基于修正的力学模型，开发了一种应用于模具自由曲面抛光的机器人抛光系统。该系统利用MOTOMAN-HP20型机器人作为抛光工具的载体，通过对该型机器人的控制实现抛光轨迹的自动规划，从而构成一套完整的自动化抛光系统。与传统的刚性抛光方式相比，由于该系统采用柔性技术，抛光头刚度可随磁场强度实时调整，且其不同的抛光轨迹均可通过机器人的控制加以实现，因此该系统能够实现不同型面的柔性抛光。经试验验证，该抛光技术切实可行，去除效率高。 3.为本抛光技术在模具行业内的推广应用，在分析机床功能和运动要求的基础上，设计了基于刚性散体的柔性抛光原型样机，并对其中的关键技术进行分析和研究。 本文对磁控散体抛光的原理和应用进行了初步探讨，为今后进一步的研究打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的来源及研究的背景和意义

1.1.1课题的来源

1.1.2研究的背景

1.1.3研究的意义

1.2影响抛光的因素

1.3几种主要的抛光方法

1.3.1机械抛光法

1.3.2化学抛光法

1.3.3电化学抛光法

1.3.4超声波抛光法

1.3.5流体抛光法

1.3.6离子束抛光法

1.3.7柔性抛光法

1.4抛光材料的去除模型

1.4.1材料去除机理

1.4.2材料去除的数学模型

1.5国内外曲面抛光技术的发展现状

1.5.1关于柔性抛光的主要成果

1.5.2现有柔性抛光方法存在问题

1.6本课题抛光技术原理和特点

1.6.1基本原理

1.6.2基本特点

1.7本文研究的主要内容和研究方法

1.7.1研究目标及内容

1.7.2研究方法

1.8本章小结

第二章铁磁散体的磁特性及力学基础

2.1磁性材料的磁学性质

2.2偶极子物理模型

2.3散体的力学特性

2.3.1库仑(Coulomb)公式

2.3.2莫尔·库仑强度理论

2.4本章小结

第三章磁控散体抛光头柔度实时可调机理的研究

3.1磁场对铁磁性散体的作用机理

3.2理想铁球散体在磁场作用下的力学模型

3.2.1理想散体磁致法向应力σHL

3.2.2理想散体磁致内聚力CHL

3.2.3理想散体磁致内摩擦角δHL

3.2.4理想散体磁致抗剪应力τHL模型

3.2.5理想散体法向应力σOL

3.2.6理想散体非磁致抗剪应力τOL模型

3.2.7理想铁磁散体的抗剪应力模型

3.3由试验得到抗剪力模型

3.3.1试验装置的设计

3.3.2试验方法

3.3.3试验结果与分析

3.4本章小结

第四章基于机器人的柔性抛光试验系统的建立与抛光试验

4.1磁控柔性抛光的作用原理

4.2基于机器人的柔性抛光试验系统的建立

4.2.1机器人系统的构成

4.2.2基于机器人的模具自由曲面抛光系统

4.2.3磁控柔性抛光工具

4.3抛光试验及试验结果分析

4.3.1抛光时间对去除量的影响

4.3.2磨头转速对去除量的影响

4.3.3磁场强度对去除量的影响

4.3.4抛光头下压量对去除量的影响

4.3.5磨料对材料去除量的影响

4.3.6磁控散体抛光粗糙度的试验研究

4.4本章小结

第五章多自由度数控柔性抛光机床的设计

5.1数控机床概述

5.1.1数控机床的组成

5.1.2数控机床的特点

5.1.3数控机床的设计准则

5.2数控抛光机床的结构设计

5.2.1功能分析

5.2.2总体设计方案

5.2.3传动系统设计

5.3数控抛光机床数控系统的设计

5.3.1控制方案的选择

5.3.2数控系统的硬件及工作原理

5.4数控系统的工艺流程

5.5本章小结

第六章结论

6.1全文总结

6.2未来展望

参考文献

致谢

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