面向超精密車削的數(shù)字化加工技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、超精密加工技術(shù)是獲得高形狀精度、低表面粗糙度的關(guān)鍵技術(shù)，超精密金剛石車削已廣泛地用來進(jìn)行具有亞微米級形狀精度、納米級表面粗糙度的表面的加工。但超精密加工是一種復(fù)雜的加工過程，滿足要求加工表面的獲得需要“加工—檢測—再加工”的多次反復(fù)才能得到。而且由于超精密加工系統(tǒng)不可避免地存在多種影響已加工表面形狀精度和表面粗糙度的因素，這些因素自身具有一定規(guī)律性，以其固有的規(guī)則對表面加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。一方面，可對某些影響因素進(jìn)行誤差建模，通過誤差補(bǔ)償

2、提高加工精度；另一方面，通過研究加工條件與加工結(jié)果之間的關(guān)系，為加工條件的優(yōu)選提供依據(jù)。超精密加工策略的優(yōu)化是一個研究課題。虛擬制造通過對制造知識系統(tǒng)化的組織與分析和對整個制造過程的建模，在計算機(jī)上設(shè)計、評估和仿真制造活動，通過用制造模型來描述制造的全過程，在實際的物理制造之前能夠預(yù)測產(chǎn)品性能并對制造過程進(jìn)行評價和優(yōu)化。虛擬制造為研究超精密加工提供一個數(shù)字化的工具，并成為超精密加工的一個研究手段。 本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分

3、析了影響超精密加工精度的因素，綜述了對提高加工精度和降低表面粗糙度的研究現(xiàn)狀。而且，通過簡述虛擬制造的內(nèi)涵及其應(yīng)用意義，對虛擬制造在超精密加工研究中的應(yīng)用進(jìn)行了概述和總結(jié)，提出了研究內(nèi)容。 根據(jù)數(shù)字化超精密加工系統(tǒng)的功能需求，建立了面向加工過程優(yōu)化的數(shù)字化加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，針對虛擬加工過程和檢測過程建立了功能模塊結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流。并且面向開發(fā)通用數(shù)字化設(shè)備模型，對設(shè)備模型的組成和建模過程進(jìn)行了研究。 工件模型是整個系統(tǒng)實現(xiàn)和

4、集成的基礎(chǔ)。針對車削工件的幾何造型特點(diǎn)和加工成形特點(diǎn)，提出了軸半剖面多邊形(GeneratorPolyhedronRepresentation，GP-Rep)表示法，并詳細(xì)討論了其實現(xiàn)算法。為了表示仿真中的精度數(shù)據(jù)和提高仿真速度，提出了刀具軌跡的表示法(ToolLocusRepresentation，TL-Rep)，按刀具軌跡管理精度數(shù)據(jù)，并根據(jù)工件模型提供的信息討論了虛擬表面的建模。 為了提高加工精度，本文在分析加工系統(tǒng)誤差源

5、的基礎(chǔ)上，利用多體模型建立了機(jī)床的運(yùn)動誤差模型，為誤差預(yù)測和補(bǔ)償提供理論依據(jù)。當(dāng)超精密車削晶體材料時，介紹了因波動的切削力而導(dǎo)致的刀具-工件間的相對振動和加工系統(tǒng)動態(tài)誤差模型。 針對虛擬制造技術(shù)在超精密加工研究中的應(yīng)用前景及其優(yōu)勢，研究了面向超精密車削加工的數(shù)字化加工系統(tǒng)的開發(fā)。首先針對超精密車削的典型應(yīng)用——光學(xué)產(chǎn)品的加工，從產(chǎn)品開發(fā)的角度建立了虛擬超精密加工系統(tǒng)VMIS的體系結(jié)構(gòu)；隨后對VMIS的兩個主要功能模塊虛擬加工模塊