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作者：

张杰

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摘要：

半球谐振陀螺关键部件之一的半球谐振子加工质量的好坏直接影响着半球谐振陀螺的性能。目前我国半球谐振子的加工质量仅仅能达到亚微米级,为了提高半球谐振子的加工质量需对超精密磨削后的半球谐振子进行抛光加工。由于半球谐振子的结构比较复杂,传统的抛光技术无法实现,因此本文将在结合磁流变抛光原理的基础上,完成对半球谐振子磁流变抛光专用机床的研制以及对半球谐振子磁流变抛光液材料去除性能和磁流变抛光工艺的研究。针对半球谐振子是一种小口径复杂结构薄壁件的结构特点以及较高的加工质量要求,设计了采用小直径永磁球头对半球谐振子进行磁流变抛光的加工工艺方案。在此基础上对半球谐振子专用磁流变抛光机床进行了总体方案设计,根据使用功能对机床进行相应的模块划分,并对模块进行相应的结构设计,最终完成机床的设计与搭建工作。对半球谐振子抛光加工过程中的磁流变抛光液材料去除性能进行了研究。通过分析磁流变液的性能要求,选择了磁流变抛光液成分:羰基铁粉、氧化铈、羟丙基甲基纤维素。采用单因素实验方法研究了磁流变抛光液成分(羰基铁粉、氧化铈、羟丙基甲基纤维素)含量对材料去除率的影响。通过正交实验设计方法研究了不同成分组合对材料去除率的影响规律,分析了磁流变抛光液中成分含量对熔石英玻璃材料去除率影响的主次关系,得到了材料去除率最高的磁流变成分配比组合:羰基铁粉36%、氧化铈3%,添加剂1.1%、水59.9%。通过分析半球谐振子的加工形式,结合Preston方程推导了半球谐振子磁流变抛光的去除函数。通过响应曲面法对熔石英玻璃进行了磁流变抛光加工工艺实验,根据实验结果建立了熔石英玻璃材料去除率关于磁流变抛光工艺参数(抛光头主轴转速、工件主轴转速、C轴转角、抛光间隙)的数学模型,并在此基础上分析了各磁流变抛光工艺参数对材料去除率的影响规律,通过粒子群算法优化了磁流变抛光工艺参数。根据优化结果进行抛光验证实验,得到实际值与理论值误差为5.6%。最后采用优化得到的磁流变抛光工艺参数对超精密磨削加工后的半球谐振子进行抛光验证实验,测量结果表明经过磁流变抛光加工的半球谐振子的表面粗糙度Ra值由78.3nm提高到14.3nm,面型精度PV值由0.5457μm改善到0.3320μm。

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关键词：

半球谐振子；磁流变抛光；磁流变液；结构设计；工艺优化

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1018.894825