模具是制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在機(jī)械、電子、汽車、輕工、建材和國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。拋光是模具制造的重要工序，對確保模具質(zhì)量和提高其使用壽命有重要作用。模具型腔65％是曲面，其中40％是自由曲面。目前，模具自由曲面拋光主要采用手工操作，生產(chǎn)效率低，且難以保證穩(wěn)定的拋光質(zhì)量。<br>　　本文針對實(shí)現(xiàn)模具自由曲面自動化拋光這一難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50575208)的研究，提出一種基于氣囊拋光工具的模具自由曲面機(jī)器人輔助氣囊拋光新技術(shù)。該技術(shù)基于氣囊拋光工具柔性在線可控并與模具自由曲面實(shí)現(xiàn)順從接觸和機(jī)器人對拋... 模具是制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在機(jī)械、電子、汽車、輕工、建材和國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。拋光是模具制造的重要工序，對確保模具質(zhì)量和提高其使用壽命有重要作用。模具型腔65％是曲面，其中40％是自由曲面。目前，模具自由曲面拋光主要采用手工操作，生產(chǎn)效率低，且難以保證穩(wěn)定的拋光質(zhì)量。
　　本文針對實(shí)現(xiàn)模具自由曲面自動化拋光這一難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50575208)的研究，提出一種基于氣囊拋光工具的模具自由曲面機(jī)器人輔助氣囊拋光新技術(shù)。該技術(shù)基于氣囊拋光工具柔性在線可控并與模具自由曲面實(shí)現(xiàn)順從接觸和機(jī)器人對拋光工具的姿態(tài)和拋光路徑控制，保證了對自由曲面的局部面形修正精度和表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了模具自由曲面高效、精密、自動化拋光。
　　本文的主要工作如下：
　　 1)對橡膠材料的力學(xué)性能和本構(gòu)模型進(jìn)行了研究，通過橡膠材料特性試驗(yàn)，確定了氣囊橡膠材料本構(gòu)模型的特性參數(shù)；對不同結(jié)構(gòu)尺寸和邵氏硬度的橡膠氣囊進(jìn)行了拋光接觸力研究和氣囊優(yōu)選，基于優(yōu)選結(jié)果，建立了橡膠氣囊接觸力與下壓量和充氣壓力的關(guān)系模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；應(yīng)用有限元分析和應(yīng)變測量技術(shù)研究了氣囊拋光工具的拋光接觸力，通過對拋光工具連接架的有限元分析，確定了最大應(yīng)變位置，并建立了最大應(yīng)變位置處的應(yīng)變與氣囊所受接觸力之間的關(guān)系模型，通過應(yīng)變片測量實(shí)現(xiàn)了氣囊接觸力的在線監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明理論模型與實(shí)測結(jié)果吻合良好。
　　 2)針對氣囊拋光技術(shù)涉及的加工機(jī)理、幾何形狀修正機(jī)理和曲面光整加工機(jī)理進(jìn)行了研究。對氣囊拋光接觸區(qū)的形狀、工具轉(zhuǎn)速、氣囊壓力與材料去除率之間的關(guān)系進(jìn)行了理論分析，揭示了氣囊大變形條件下接觸區(qū)壓力分布規(guī)律，建立了接觸壓力模型。基于接觸力學(xué)和磨損理論，建立了氣囊拋光材料去除模型，為深入研究氣囊拋光材料去除機(jī)理和拋光工藝參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
　　 3)通過拋光性能對比實(shí)驗(yàn)，確定了棉纖維拋光布作為氣囊拋光工具的表面包覆材料；分析了各拋光工藝參數(shù)對實(shí)現(xiàn)模具表面位形修正和光整加工效果的影響，確定了工藝參數(shù)的靈敏度排序和最優(yōu)工藝參數(shù)組合；提出一種應(yīng)用于氣囊拋光雙目標(biāo)工藝參數(shù)優(yōu)化及加工結(jié)果預(yù)測的方法，實(shí)現(xiàn)了確保材料去除率和表面粗糙度兩項(xiàng)工藝指標(biāo)情況下對氣囊拋光工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，并得到加工效果的預(yù)測結(jié)果，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 4)基于氣囊柔性在線可控和自動化拋光的需求，完成了氣囊拋光工具的設(shè)計(jì)，建立了氣囊拋光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了對模具平面和自由曲面的高效、精密、自動化拋光，獲得了良好的拋光效果。提出了一種能快速提高模具表面質(zhì)量的氣囊壓力脈動拋光方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　本文研究成果對于推進(jìn)模具自由曲面精密、高效、自動化拋光技術(shù)的發(fā)展具有一定的理論指導(dǎo)意義和技術(shù)借鑒價(jià)值。