侯大海[1]2008年在《金刚石研磨扰动因素分析与工艺研究》文中指出金刚石因其具有众多无与伦比的物理、化学和光学的优良特性,自被发现以来就与人类社会结下了不解之缘,它不仅可以做装饰品,而且在科技和工业中也发挥了重要的作用,特别是在超精密加工领域,被认为是最理想的超精密切削用刀具材料。但由于金刚石晶体材料具有的化学稳定性和高硬度高脆性的特点,目前加工单晶金刚石刀具仍然是一项很难进行的工作。机械研磨作为最传统的方法,因其工艺简单,费用低廉,经过精细研磨的金刚石晶体能获得高质量的表面,因此目前仍被广泛应用。随着科技及应用的发展,人们对金刚石表明提出了更严格的要求,因此,开展金刚石的精密研磨技术研究,具有良好的应用前景和实用价值。首先,在总结其他学者或研究人员对单晶金刚石机械研磨技术研究的基础上,以实验分析为研究手段,针对金刚石弹性浮动研磨新技术中的系统弹性、研磨盘端跳、研磨速度及研磨压力等工艺参数,分别探讨分析它们在研磨过程中对试样在z方向(即与研磨面垂直的竖直方向)振动及研磨表面质量的影响规律。实验表明,研磨加工中的振动对研磨质量有较大影响,弹性梁、弹性垫具有良好的减振隔振作用,有助于研磨质量的提高;研磨盘端跳、研磨速度和研磨压力是影响金刚石弹性浮动研磨中研磨质量的重要因素,有效控制上述研磨参数可以提高研磨质量。以上研究为优化参数提高研磨质量提供了依据。然后,基于对研磨过程中试样在x方向(即研磨线速度方向)的振动的研究,实验分析探讨了磨粒与试样研磨表面的摩擦及冲击作用机理,实验表明,磨粒在x方向振动产生主要是磨粒与研磨试样表面的冲击与摩擦作用引起。由此,以减小和控制磨粒对研磨表明的冲击和摩擦作用,使试样表层材料在相对均匀的磨削力作用下去除为目的,结合先前实验中弹性梁对振动和冲击的有效抑制与削弱作用,本文提出了在该方向增加柔性以控制研磨过程中的摩擦与冲击作用的设想,并在实验分析了其有效性和可行性之后,对原研磨机构中的弹性梁进行了改造,改造后的弹性梁同时在x方向和z方向均具有一定的柔性,可以同时实现研磨过程中z方向的振动冲击作用和磨粒对研磨表面的冲击与摩擦作用的控制,振动及表面研磨质量分析实验表明,充分利用弹性梁的弹性减振及阻尼消振作用改造研磨机构以后振动控制效果明显,研磨质量得到明显的提高。
姚强[2]2004年在《单晶金刚石弹性浮动研磨技术研究》文中提出单晶金刚石具有高硬度、高弹性模量及优良的抗磨损、抗腐蚀和化学稳定性，在许多工业领域有着广泛的应用前景，如高精度表面切削加工刃具、飞行器窗口材料及各种科技产业等。随着科技及应用发展，人们对金刚石表面提出了更严格的要求。由于金刚石材料的硬脆特性，一般地，获得有形状要求的高精度及粗糙度值低的金刚石表面困难，因此开展金刚石的精密研磨技术研究，具有良好的应用前景和实用价值。 首先，本论文针对研磨过程中诸如金刚石硬脆材料经常遇到的问题，提出一种基于弹性浮动状态下进行金刚石研磨的加工方法，即令工件和磨具处于弹性浮动状态，在此状态下适当地设计和选择弹性系统的参数，达到有效地减小或降低传统加工过程振动等不利参数的影响，从而实现金刚石表面的超精密加工。论文基于该原理，进行了实验装置的设计和改造，并通过计算机对弹性浮动研磨加工运动轨迹控制，展开了实验研究。试验表明：弹性浮动加工方法可以获得高精度的金刚石表面。论文还对弹性浮动加工的特点进行了总结。 实验观察到金刚石弹性浮动研磨过程中存在着叁个不同的加工区域：金刚石表面凹坑区、解理区、光滑区。研究认为叁个区域分别与叁个不同的加工阶段相对应。本研究对这些区域的产生和特点进行了分析。并对其机理进行了探讨和研究。研究认为在粗研磨盘研磨加工时，金刚石受较大载荷的冲击作用，表现为以金刚石解理去除为主的机械去除。而随着加工进化，金刚石所受到的冲击大大的减小，而且研磨盘不断的出现微刃，金刚石去除也以机械去除为主，但在弹性浮动状态下，材料能够被均匀稳定地去除，从而获得金刚石光滑表面。 论文采用单因素方法，对弹性浮动加工系统中研磨盘的转速、弹性系数对加工的表面质量的影响进行了研究。实验结果表明工艺参数的改变会对金刚石表面产生影响，选择适中的研磨速度和弹性系统的弹性系数，可以获得高精度的金刚石表面。研究表明，在目前系统下，n=180rpm和K=13.2N／mm条件下可以研磨较好的金刚石表面。 论文最后对弹性浮动加工系统能有效地衰减或隔离加工过程中产生的各种广东工业大学工学硕士学位论文振动影响进行了实验分析和研究，此外，分析了弹性浮动加工过程中，加工进化以及形成的微刃数对表面加工质量的影响，建立了微刃与金刚石表面冲击影响的力学模型。
库才高[3]2013年在《弹性浮动研磨振动影响因素分析与仿真计算》文中研究指明金刚石独特的晶体结构、物理、化学、机械特性,使其在先进的科学技术领域得到了广泛的应用,特别在精密和超精密加工领域里,被认为是理想的刀具切削材料。而在金刚石研磨过程中,来源于机床内外部的振动干扰使金刚石与研磨盘之间产生多余的相对运动使研磨表面无法达到所需的加工精度,但完全抑制振动是很困难的,加工过程本身也产生力的波动,同时过分地提高机床的精度与抑制振源强度会导致设备的复杂化和成本的提高。为了减小金刚石在研磨过程中所受到振动冲击,本文采用弹性浮动研磨的方式,就是在传统机械研磨基础上引入了弹性梁与弹性垫,通过弹性梁与弹性垫材料的弹性变形作用将刚性系统改装成刚柔耦合系统,增加系统的柔性,来吸收在研磨过程中所产生的振动冲击,减少振动冲击对研磨表面质量的影响,但引用弹性浮动装置,工艺参数将发生改变,在主轴转速与研磨压力的作用下引起金刚石与研磨盘之间的接触载荷变化,弹性垫的弹性变形引起研磨盘、弹性垫、转盘之间的安装误差和平面度误差从而使金刚石在垂直方向上产生综合跳动,因此本文从实验与仿真的角度来研究这些因素对弹性浮动研磨振动的影响。首先从弹性浮动原理出发,建立了该研磨机的二自由度耦合模型,对金刚石研磨表面所受到的振动进行力学分析,探讨了研磨表面在弹性浮动研磨加工过程中振动冲击主要影响因素,并搭建金刚石的研磨实验平台以及加速度信号采集装置,通过单因素实验方法分析讨论了刚度、研磨压力、研磨速度对金刚石在垂直方向上的振动量影响,并运用正交试验的方法分析了叁个工艺参数对金刚石振动的影响程度及工艺参数之间关系。其次,介绍了接触载荷与金刚石研磨振动之间的关系,通过二自由度耦合模型的中间弹簧接触刚度K3来考察接触载荷的大小,对接触刚度K3的无阻尼与阻尼状态的进行理论分析。运用实验的手段分别计算出各个单自由度单元的各个参数,如K1、K2、C1、C2,再通过实验与Matlab/Simulink仿真相结合的方法计算出中间接触刚度K3的值,并通过无阻尼的状态来进行理论上的验证,在此基础上分析了接触压力与刚度对接触载荷的影响,最后通过仿真分析了接触刚度对两者之间的相对加速度大小的影响,并通过实验观察金刚石表面形貌来反应接触载荷变化对研磨表面质量的影响。最后,通过叁维软件Pro/E建立弹性浮动研磨机的叁维实体模型,对该模型进行简化,将其导入到ADAMS/View中,对零件属性及之间的约束、驱动激励、接触参数等进行定义,完成了研磨机模型的建立,再运用ADAMS/AutoFlex功能模块将弹性梁、弹性垫进行柔性化,形成弹性浮动研磨机金刚石综合跳动的刚柔耦合分析模型,通过实验来验证模型的准确性,最后分析了研磨盘的转速、端跳、表面的不平整度对金刚石综合跳动的影响,最后通过实验观察金刚石表面形貌来反应综合跳动对研磨表面质量的影响。
王政[4]2011年在《弹性研磨系统工艺参数及结构对研磨质量的影响》文中提出金刚石因具有无与伦比的机械、化学、热学等优良特性,使其在刀具领域具有十分重要的地位。尤其是近几年金刚石工业的飞速发展,使金刚石原料的质量不断提高,价格不断下降,进一步促进了金刚石在刀具领域的应用,特别是在精密、超精密加工领域的作用是无法替代的。但由于金刚石本身具有高硬度和高脆性等独特性能,使得金刚石在常规的机械研磨中获得有形状要求的高精度及粗糙度值极低的金刚石表面相当困难,因此开展金刚石的精密研磨技术研究,具有良好的应用前景和实用价值。首先,在总结其他学者或研究人员对单晶金刚石机械研磨技术研究的基础上,以实验分析为手段,研究了金刚石弹性浮动研磨新技术中的系统弹性、研磨盘端跳、研磨速度及研磨压力等工艺参数对金刚石表面的影响。浮动的思想对金刚石进行研磨,其主要目的就是解决研磨过程中磨粒对工件的冲击,使得金刚石去除主要以微小解理方式进行,达到均匀微小去除量的目的,实验证明,当加工过程充分平稳后,合理的选择加工参数,其金刚石加工表面十分光滑,呈现均匀、无明显加工特征,适合超精密研磨加工。在浮动研磨过程中,不断变化的冲击主要来自研磨盘的端跳和机床内部及外部的振动。这些振动和冲击的干扰使得被研磨的金刚石刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动而使金刚石刀具无法达到所需的加工精度和表面质量。然而弹性梁的刚度对系统的振动的响应影响很大,不同刚度的梁在受到磨粒的冲击变形不一样,以及磨粒对梁的冲击方式不同,梁的振动也会不同,本文为了消除振动和冲击对金刚石研磨表面质量的影响,做了如下方面的工作：1.首先在浮动研磨系统下,采用单因素的试验方法,研究在不同转速、不同外载荷对弹性梁振动的影响和对表面质量的影响；2.研究了不同刚度的梁对表面质量的影响；3.对研磨盘的端跳产生原因进行了分析并进行了装置改进,提高了系统的稳定性；4.研究了梁在受到横向冲击与纵向冲击时对金刚石研磨表面质量的影响。
徐宇[5]2013年在《基于DSP的弹性浮动研磨主轴与进给控制系统研究》文中研究指明金刚石刀具有无与伦比的硬度及耐磨性,在超精密加工方面,它是一种理想的切削工具材料。随着科技的发展,对金刚石表面质量提出了更加严格的要求。但金刚石拥有易脆、耐磨、高硬度等特异性能,而得到高精度以及表面粗糙度值低的金刚石极其困难。所以对于进行金刚石精密研磨加工的相关技术研究,具有很好的实用价值与应用前景。加工过程中外界扰动因素带来的振动对刀具表面会造成很大的破坏,为了得到质量较高的金刚石加工表面,需要对加工过程中的振动、冲击等干扰进行严格的控制。在弹性浮动研磨的加工过程中,加工条件、设备和相应的控制系统是影响金刚石研磨精度与效率的重要因素,其中改进研磨设备的控制系统,抑制研磨盘的端面跳动与主轴高速、平稳运转是为本文重点研究的问题。本文提出采用精密流体动力轴承与无位置传感器无刷直流电机技术等设计高速、平稳运行的小型精密主轴系统,进给系统则采用摇臂式的音圈电机来完成进给平台的进给运动。包括以下部分的开发研究：1.本文针对小型研磨机的主轴结构采用流体动力轴承和电机相结合的办法,即把主轴、轴承、驱动电机等结构集成到一起,并去除位置传感器和传动机构,使得电机结构紧凑,有利于实现小型化和精密化的要求。该结构与主轴控制系统相结合使得研磨盘的端面跳动量控制在了较小的范围,同时该结构也为减小系统振动以及主轴实现高速、平稳运行打下一个坚实的基础。2.本文设计制作了小型研磨机的主轴控制系统,它主要是针对主轴的叁相无位置传感器无刷直流电机的控制设计。为了抑制施加负载和外界突发扰动给主轴研磨转速带来的影响,本文以TI公司的TMS320F2812处理器为核心,搭建了无刷电机的双闭环(电流、速度)数字化控制平台,包括硬件电路与软件系统的设计。其中硬件电路包括主控制器外围电路设计、电流检测电路设计、端电压检测电路、主电路设计、功率逆变电路、保护电路设计等。3.本文设计制作了小型研磨机的进给控制系统,对音圈电机及其控制策略进行了概述与分析；然后对摇臂式音圈电机进行简要的开环与闭环控制的Matlab/Simulink仿真(单位阶跃响应)；摇臂音圈电机采用了具有H桥驱动功能的芯片M54544AL,驱动摇臂音圈电机带动弹性梁进行往返进给运动以及加减速运动。
林彬泉[6]2008年在《微小平面可重复定位的自动调整装置研究》文中进行了进一步梳理单晶金刚石是目前理想的刀具材料,被广泛应用于科技产业及工程技术领域。金刚石刀具的制作本身就属于超精密加工范畴,一般需要分成多个阶段进行加工,此外天然金刚石硬度高、韧性差、各向异性,极难研磨,因此金刚石刀具制备过程中重复定位是一个影响其加工效率和研磨质量的重要因素。单晶刀具的研磨面非常小,重复定位时检测研磨面与研磨盘的面夹角并加以调整并不容易。本课题针对课题组已经研究开发利用的弹性浮动研磨机研磨过程中产生的重复定位问题,设计开发微小平面重复定位检测装置及重复定位调整装置。检测装置是以应变片作为传感器的弹性面板,充分体现了弹性浮动研磨机的特点。它的主要工作是检测金刚石刀具研磨面与研磨盘的面夹角,以及检测进给主轴与研磨盘主轴间的不平行度。调整装置为一个小型的简洁空间叁自由度并联平台,它主要工作是调整研磨盘主轴与进给主轴的平行度,配合研磨面与研磨盘夹角的检测。研究工作主要包括以下各部分的开发研究:设计并制作了微小平面重复定位检测装置,其主要功能部件是一个由四个弹性梁将中心面板与外层固定架连接起来的弹性面板,弹性面板将研磨面与研磨盘的面夹角转化成四个弹性梁的应变量,应变片粘贴在梁的固定端,实现角度的电量化检测。采用精密仪用放大器AD620作为电桥微弱信号的前置放大器,为了滤除无用的高频噪声,采用精密运算放大器OP07和电容组成一有源低通滤波电路,并对信号进行二级放大,到达单片机可以采集的范围。开发并制作重复定位调整装置——小型简洁空间叁个自由度(?)并联平台。驱动平台的动平台与驱动元件采用Ω柔性铰链连接,有效地协调叁个驱动主轴问的耦合运动,控制系统不需要进行复杂的解耦运算,但仍需要协调叁个主轴运转。本课题采用数控技术中的时间分割法控制思想编写控制程序,实现并联平台叁个主轴的联动控制。此外,采用ansys有限元分析软件辅助分析并联平台的耦合运动,分析得到具有线性迭加关系的耦合运动规律,修正并联平台的角度控制函数。以CMOS作为传感器,设计一个简易的空间面转角检测系统,监视并联平台的运行情况。最后,对自动调整装置微小平面定位的可重复性进行初步实验。实验包括:1.检测装置的初步实验,验证弹性梁活动端点位移与检测到的电压线性关系,通过最小二乘法求得非线性度为1,表明弹性梁活动端点的位移与检测电压有很好的线性关系。2.并联平台的驱动控制实验,叁个步进电机的控制脉冲波形和平台执行转动与时间的关系曲线表明控制系统有效地协调叁轴联动控制,控制脉冲分配均匀,平台运行较好的执行了控制任务,运行平稳。
史国涛, 傅惠南, 罗泽良[7]2010年在《弹性梁受轴向和横向冲击对金刚石研磨质量的影响研究》文中研究指明在单晶金刚石的弹性浮动研磨过程中,弹性梁振动对研磨质量有直接的影响。本文主要考虑弹性梁受到轴向和横向冲击后对研磨质量的影响,通过金刚石颗粒与研磨盘之间的相互撞击的作用方式来分析造成金刚石表面缺陷的主要原因。
樊专[8]2014年在《弹性浮动研磨加工参数与接触刚度接触阻尼的关系的研究》文中指出接触刚度和接触阻尼与弹性浮动研磨中加工工艺参数存在一定的联系,要研究这种关系,首先必须弄清楚弹性浮动研磨加工中的加工工艺参数。弹性浮动研磨金刚石的表面形貌主要受到加工过程中冲击振动的影响,这种冲击振动主要来自研磨机械内部结构的振动和加工工艺参数两大部分。若为了减低成本不提高机械系统内部的精度并且要提高制造的精度,必须从工艺参数着手。在研究工艺参数的过程中,弹性浮动研磨盘与研磨头之间存在着接触载荷,这种载荷以接触刚度和接触阻尼两种形式存在。本文金刚石的加工方式为弹性浮动研磨,研磨盘安装在一个弹性垫上,金刚石被夹具固定在一个弹性梁上,二者通过一种耦合的关系发生作用对金刚石实现加工。在耦合过程金刚石与弹性梁的加工是一种接触式的,接触过程产生接触刚度和接触阻尼,本文从研究金刚石加工过程中加工工艺参数与接触刚度和接触阻尼之间的关系出发,对金刚石弹性浮动研磨建立耦合模型,运用Matlab/Simulink建立仿真模型,运用仿真模型中的结果求出接触刚度和接触阻尼,在不同的加工状态下,对接触刚度和接触阻尼实验,探寻加工工艺参数与接触阻尼的关系,从而得到最优加工工艺参数。首先,金刚石在弹性浮动研磨过程中的去处机理进行了分析,并对弹性浮动研磨加工的工艺参数进行了分析,接着对加工过程中的叁个加工工艺参数进行分析。其次,建立弹性浮动研磨系统在Matlab/Simulink中的模型之前,对振动模型上的振动进行了力学上的分析,建模过程中首先建立模型的物理模型,在物理模型的基础上建立数学模型,利用仿真模型做了一些简单仿真实验。接着根据研磨速度、弹性梁的长度,研磨压力的变化,在简化模型中仿真,分析各个加工工艺参数下求解出接触刚度和接触阻尼的值。最后,通过的弹性浮动研磨加工主体部分研究接触刚度,得出研磨压力、弹性梁的刚度、研磨速度与接触刚度的关系,通过比较各个影响因素下的接触刚度值,展开金刚石研磨实验,利用25组金刚石研磨结果找出其中最优的金刚石表面形貌,对找出相应的加工工艺参数,得到了在选择弹性梁长度为180mm左右、研磨压力为30g左右、主轴转速控制在18rpm左右,得到的金刚石的表面质量最为理想。
罗泽良, 傅惠南, 史国涛[9]2009年在《影响金刚石刀具弹性浮动研磨质量的因素研究》文中进行了进一步梳理金刚石材料的硬脆特性使得金刚石刀具研磨非常困难,影响金刚石刀具研磨质量的因素较多。本文基于金刚石弹性浮动研磨实验,重点研究了金刚石研磨加工工艺、研磨盘表面质量及研磨机振动状态叁因素对金刚石刀具研磨质量的影响。
申儒林[10]2007年在《硬盘磁头多元复合表面的超精密抛光机理研究》文中进行了进一步梳理GMR(giant magnetic resistance)硬盘磁头基体部分是硬脆的AlTiC材料,读写部分由很薄的多种金属材料组成,其中最薄的金属层只有1nm左右,整体结构复杂。磁头表面质量如表面粗糙度、极尖凹陷(Pole TipRecession,即PTR)等,是影响磁头面密度提高的重要因素。目前,硬盘磁头抛光技术为少数国外企业所掌握,关于磁头抛光的可查文献资料很少。掌握硬盘磁头抛光技术并且突破磁头抛光技术的瓶颈在于对磁头抛光机理的深刻认识。因此,本文针对磁头表面粗糙度、极尖凹陷等的形成与控制进行研究,开展的主要工作和获得的主要认识有:1.建立了GMR硬盘磁头抛光的实验系统,研究了磁头与抛光盘的相对运动轨迹,通过仿真计算,获得优化参数的磁头运动轨迹。磁头和抛光盘的角速度关系应该满足:ω_1-ω_2≠0.1nω_1 n=0,1,2……,否则磨粒运动轨迹重复或奇异,不利于形成超光滑表面。研究了磁头与抛光盘的转速比同抛光均匀性的关系以及抛光机各运行参数对转速比的影响。2.磁头抛光是一种机械加工,在加工过程中,工件和抛光盘是一对相对运动关系复杂的摩擦副。运用摩擦学理论,分析了磁头抛光中工件与抛光盘之间的接触关系;研究了抛光液流场的分布及其对“工件——抛光盘面”接触应力场的影响;分析了抛光中自由磨粒的运动规律和磨粒嵌入抛光盘的机理,发现抛光盘和工件的转速比影响接触面速度场的分布,从而影响局部抛光液膜厚度的变化和粗糙峰承载力的变化,并进一步影响磨粒在抛光盘表面的嵌入。3.研究了抛光压力、盘面形貌、抛光液中金刚石磨粒的粒径等参数对材料去除率的影响。针对自由磨粒抛光中的单晶金刚石,建立了菱形磨粒抛光的材料去除统计模型,与抛光实验结果基本吻合。4.研究了纳米研磨的材料去除过程和亚纳米级光滑表面的形成机理。根据接触力学理论,嵌入盘面的金刚石磨粒与抛光盘构成“球——空腔”协调接触类型,不同于一般的赫兹接触,由此建立了金刚石磨粒与抛光盘的“球——空腔”协调接触模型,研究表明抛光过程中磨粒在盘表面空腔中由弹性退让发展到塑性陷入,其转变的临界值点决定磨粒对磁头表面材料的去除能力;提出纳米尺度研磨是以磁头表面非连续凸峰的去除为主体,不同于自由磨粒抛光和磨削是对整体表面层的去除。5.研究了PTR的形成机理。发现自由磨粒抛光阶段PTR的形成与抛光盘表面形貌参数、抛光压力、磨粒粒径、抛光盘转速等有关,合适的抛光盘表面粗糙度和微凸峰密度以及微凸峰曲率半径可以减小PTR。采用中等粒度纳米金刚石抛光磁头表面,使磁头表面粗糙度Rms由原来的0.61nm左右下降到0.26nm,PTR由原来的10nm左右下降到1.22nm,消除了表面黑点和划痕。6.研究了超声波在磁头抛光中的应用。在自由磨粒抛光阶段加入超声波,获得了更光滑的磁头表面,极尖沉降明显降低,基体部分去除率由原来的10nm/m提高到16nm/m。研究了超声波在抛光中的宏观和微观作用机理。7.在磁头机械抛光中引入化学作用,获得了亚纳米级的PTR,消除了抛光盘材料转移引起的磁头表面黑点,并保护极尖和GMR头堆未受腐蚀。
参考文献：
[1]. 金刚石研磨扰动因素分析与工艺研究[D]. 侯大海. 广东工业大学. 2008
[2]. 单晶金刚石弹性浮动研磨技术研究[D]. 姚强. 广东工业大学. 2004
[3]. 弹性浮动研磨振动影响因素分析与仿真计算[D]. 库才高. 广东工业大学. 2013
[4]. 弹性研磨系统工艺参数及结构对研磨质量的影响[D]. 王政. 广东工业大学. 2011
[5]. 基于DSP的弹性浮动研磨主轴与进给控制系统研究[D]. 徐宇. 广东工业大学. 2013
[6]. 微小平面可重复定位的自动调整装置研究[D]. 林彬泉. 广东工业大学. 2008
[7]. 弹性梁受轴向和横向冲击对金刚石研磨质量的影响研究[J]. 史国涛, 傅惠南, 罗泽良. 机电工程技术. 2010
[8]. 弹性浮动研磨加工参数与接触刚度接触阻尼的关系的研究[D]. 樊专. 广东工业大学. 2014
[9]. 影响金刚石刀具弹性浮动研磨质量的因素研究[J]. 罗泽良, 傅惠南, 史国涛. 机电工程技术. 2009
[10]. 硬盘磁头多元复合表面的超精密抛光机理研究[D]. 申儒林. 中南大学. 2007