金刚石研磨工艺及机构分析的研究

广东工业大学硕士学位论文金刚石研磨工艺及机构分析的研究姓名：罗泽良申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：傅惠南20090601金刚石研磨工艺及机构分析的研究作者：罗泽良学位授予单位：广东工业大学相似文献(8条)1.学位论文姚强单晶金刚石弹性浮动研磨技术研究2004该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三个不同的加工区域:金刚石表面凹坑区、解理区、光滑区.研究认为三个区域分别与三个不同的加工阶段相对应.该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.2.期刊论文姚强.傅惠南.王宏霞单晶金刚石的弹性浮动研抛技术的研究-机电工程技术2004,33(4)本文提出一种基于弹性系统的金刚石研抛技术,并对该加工方法进行一系列的试验研究,试验结果表明该方法可获得高质量的金刚石表面.3.学位论文侯大海金刚石研磨扰动因素分析与工艺研究2008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。4.期刊论文罗泽良.傅惠南.史国涛.LUOZe-liang.FUHui-nan.SHIGuo-tao影响金刚石刀具弹性浮动研磨质量的因素研究-机电工程技术2009,38(10)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三因素对金刚石刀具研磨质量的影响.5.学位论文黄仁宏金刚石弹性浮动研磨振动信号分析研究2009加工过程中一般都伴随着振动的产生，这些振动都或多或少的对加工质量产生影响，尤其在精密加工中，加工振动的影响往往不可忽略。实测结果表明：振动会使设备的加工精度降低一至二级，以至达不到合格要求，严重时还会降低精密加工设备的使用寿命，甚至损坏精密加工设备。因此对加工过程振动的研究，就能够更好的为提高加工质量，减少加工过程中的影响因素提供依据。本研究在总结国内外金刚石机械研磨研究的基础上，提出了金刚石弹性浮动研磨装置，在传统研磨装置上引入了弹性梁和弹性垫，增加弹性系统的减振作用，提高了系统的柔性。但从已有的加工实验数据来看，研磨加工振动仍是影响加工质量的主要因素。因此，寻找到降低研磨振动的途径，进而改善弹性浮动研磨系统的振动情况，对提高研磨加工质量具有重要的实用价值。本文针对研磨振动模型的特点，提出了Gauss-Newton非线性最小二乘算法作为拟合研磨加工振动信号的算法。同时为解决此方法对拟合初值的高要求，使用了小波包分解系数重构的方法来重构相应的谐波时域波形，进而得到各谐波的振幅和相位初值。经在搭建的悬臂梁多频率强迫振动响应平台采集的信号和一组具体加工实验数据的处理，证明此方法能有效地拟合实际信号，并提取出信号中的主要谐波成分。通过对金刚石弹性浮动研磨加工中的研磨速度，研磨压力和研磨悬臂梁长等加工工艺参数，进行单因素对比实验，根据采集并处理得到的振动频谱图，优化了加工工艺参数。对其中的研磨速度和研磨悬臂梁长等工艺参数下振动频谱，进行了相应的振动谐波提取，从中寻找到加工工艺参数对研磨振动影响的规律，为研磨机构的改进提供了依据。6.学位论文林彬泉微小平面可重复定位的自动调整装置研究2008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三自由度并联平台，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--小型简洁空间三个自由度(X，Y，Z)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，有效地协调三个驱动主轴间的耦合运动，控制系统不需要进行复杂的解耦运算，但仍需要协调三个主轴运转。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，实现并联平台三个主轴的联动控制。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，分析得到具有线性叠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，三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三轴联动控制，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。7.期刊论文黄志坚.傅惠南.卜焰山.HuangZhi-jian.FuHui-nan.BuYan-shan弹性浮动研磨机振动结构参数识别-广东工业大学学报2009,26(3)由于金刚石研磨加工系统输入激励不能清晰确定,本文建立了与结构振动微分方程等价的自回归滑动平均ARMA时序模型对系统模态参数进行识别,将结构参数识别问题转换为ARMA模型参数辨识问题,并对采集数据进行小波降噪处理,提高了识别精度.8.学位论文邱熹程扫描探针显微镜主动隔振研究2008随着科学技术的发展和人类社会的进步，人们对各类高精尖技术领域振动的控制要求也日趋严格。各种振动很大程度上限制着超精密仪器的性能发挥，例如扫描探针显微镜(SPM)在加工检测时易受到外界干扰。尤其在各类高分辨率测量场合和超精密加工制造过程更是如此，因此开展对超精密仪器隔振技术研究具有非常重要的理论意义和实用价值。本论文课题源自于国家自然科学基金资助项目“弹性浮动研磨新技术及其金刚石研磨应用研究(No.50675037)和广东省科技计划项目“超微量基因注射检测装置开发(No.2003B12002)，目的在于解决普通实验室下SPM易受到外界干扰而影响其纳米检测过程抗干扰能力的问题，在此基础上进行了主被动隔振相结合的混合隔振研究。论文中阐述了本论文的研究背景和意义，结合国内外大量文献详细介绍了当前国内外振动主动控制技术的现状及发展并做出评述；针对现有隔振方法存在的问题提出将主动隔振和被动隔振措施相结合的隔振方案来提高SPM精密检测抗干扰能力；以CSPM4000型SPM作为试验研究对象，在主被动隔振机理的基础上建立了隔振系统及其动力学模型，并将作用力转化为三种反馈方式进行分析；在原有弹簧悬架机构上自制了涡流耗能阻尼器，经试验取得较好实验效果。针对低频振动特性，综合考虑SPM主动隔振结构及成本因素，提出且制作了一套隔振系统，包括信号拾取、控制系统和致动器三个部分，其中信号拾取由磁电式速度传感器感应振动信号，控制部分由信号A/D(D/A)转换、低通滤波、信号放大、FFT数据处理等环节组成，其中A/D(D/A)转换采用MATLAB控制计算机声卡实现，后续信号处理运用MATLAB软件进行分析计算并施加控制策略。对于诸多主动控制策略考虑各自的优缺点，就数字PID控制算法、模糊控制等控制方法在主动隔振控制中的运用进行仿真研究，通过MATLAB的计算机仿真研究各个控制算法对于不同频段不同波形干扰的隔振效果，分析比较结果；最终采用PID控制方法。然后分别在被动隔振系统、主动隔振系统的情况下进行试验研究，并对实验结果分