精密与超精密加工技术 精密与超精密加工实验报告.docxVIP

实验一：曲面V沟槽阵列数控加工 一． 实验目的 利用砂轮加工出零部件表面的微细结构，从而可附加零件表面更多的功能特性，产生更高的附加值。 二、实验内容： 1、V型砂轮修整 2、曲面设计 3、数据刀具轨迹设计 三、实验仪器 金钢石砂轮、计算机、CNC磨床、油石 四、实验过程及步骤 1、V型砂轮修整：首先采用数据对磨修整得方法将平型金刚石砂轮修整成V型尖端。根据砂轮所需要修整形成的形状，令其表面上的任一点都为砂轮与磨石的切点，再根据该切点与砂轮中心点的相对位置即可计算出砂轮的移动轨迹，最后用matlab进行砂轮轨迹计算和优化，即可将砂轮修整为所需要的形状。 2、曲面设计：曲面上的每一个点都有对应的坐标，曲面可视为许多点的集合，点的数量越多，拟合的曲面精度越高。 3、数据刀具轨迹设计：计算出每一点的坐标后，令V型砂轮上的点与之相切，再根据切点在V型砂轮上的位置与砂轮中心点的相对位置计算出砂轮中心点加工时的移动轨迹，即为刀具的移动轨迹，然后用matlab设计优化刀具轨迹。用matlab的好处是可以控制每一点加工时刀具的角度和相切点等等，有利于获得更好的加工精度。 五、问题补充 1、曲面磨削的方法和工艺条件 磨削加工是用砂轮以较高的线速度对工件表面进行加工的方法，其实质是用砂轮上的磨料自工件表面层切除细微切屑的过程。曲面磨削是用砂轮加工出所要求形状的曲面的过程。工艺条件：砂轮良好的磨削性能、工件的材质、精密的加工设备和合适的加工工艺等。 2、误差补偿加工的方法 加工完曲面之后，将工件表面进行检测，检测方式可以采用三坐标检测仪进行检测。得到的检测数据通过ICP匹配计算与理论设计曲面的误差。根据误差分布规律，采用Z向进行补偿，首先YZ截面取出误差，然后将YZ截面的误差拟合成曲线的分布规律在X方向扩展成面，再将拟合的误差加入到原始曲面上去，在加入误差后的原始曲面重新用法向算法生成刀具轨迹，进行加工，补偿过程结束。补偿之后将工件在检测，计算误差，前后对比。 实验二 光学曲面F-theta镜头的磨削加工 一．实验目的 了解磨削技术的原理、使用和应用。 二、实验内容 1、刀具修整 2、曲面设计 3、刀位点算法 4、刀具轨迹规划 三、实验仪器 金钢石砂轮、计算机、CNC磨床、油石 四、实验过程及步骤 1、刀具修整： 将砂轮环面设计成圆弧环面，去加工自由曲面，如右图，采用砂轮和油石对磨的方式来修整砂轮。根据砂轮所需要修整形成的形状，令其表面上的任一点都为砂轮与磨石的切点，再根据该切点与砂轮中心点的相对位置即可计算出砂轮的移动轨迹，最后用matlab进行砂轮轨迹计算和优化，即可将砂轮修整为所需要的形状。 2、曲面设计： 采用Matlab,根据曲面的方程，将光学曲面设计生成三维点云（x,y,z），计算出每一点的坐标后，令砂轮上的点与之相切，再根据切点在砂轮上的位置与砂轮中心点的相对位置计算出砂轮中心点加工时的移动轨迹，即为刀具的移动轨迹，然后用matlab设计优化刀具轨迹。 3、刀位点算法： 图7.砂轮加工自由曲面示意图 如图所示，本次实验求刀具轨迹采用的是，法向算法，原理是根据加工曲面的法向和砂轮圆弧面的法向量相等，得到一一对应的刀具位置点，然后只需将砂轮沿着这些道具点依次走过，就得到了加工的刀具轨迹。 砂轮圆环面的方程： F=x2+z2-R-r2+y2-r2 加工时，砂轮和自由曲面在P0 (xW,yW,zW)点处相切，则有砂轮圆环面和自由曲面在该点处的法向量相等。先求得椭圆环面在该点处的法向量：法向量相等： 则有 4、刀具轨迹规划:求得刀具轨迹之后即可进行刀具轨迹优化，生成最终的刀具轨迹。 五、问题补充 1、微磨削的方法和工艺条件 磨削加工是用砂轮以较高的线速度对工件表面进行加工的方法，其实质是用砂轮上的磨料自工件表面层切除细微切屑的过程。微磨削是用砂轮加工出所要求表面细微结构的过程。 工艺条件：砂轮良好的磨削性能、工件的材质、精密的加工设备和合适的加工工艺等。 2、影响微加工性能的关键因素 影响微加工性能的关键因素包括切削参数(切削三要素）、砂轮参数（结合剂，目数，离心率）、刀具轨迹（步距，联动） 补偿的方法有： 1、 对曲面进行补偿：对加工完的表面进行检测，将数据与设计好的表面进行对比求出误差，然后减去该误差生成新的刀具轨迹。 2、 对砂轮进行补偿：对修整好的砂轮进行检测，与理想的砂轮进行对比求出误差，然后对刀具轨迹进行修正。 方法：可以减少各种因素影响产生的误差，方法2只能减少由于刀具产生的误差。