磁流变抛光试验样机研制及应用研究

论文摘要

随着磁流变液技术的发展,磁流变抛光技术在超精密加工领域引起了越来越多的工程技术人员的关注。磁流变液在磁场作用下,会变成类似“固体”的状态,流动性消失,一旦去掉磁场,又变成可以流动的液体,这种粘度可控的流体特性使其可以应用于超光滑表面的光学抛光,获得纳米级的表面质量。由于这种可控的柔性抛光特点,为激光核聚变、航空、航天、宇宙探测、军事侦察等高科技领域中光学部件的加工提供了一种可控的高效、高精度的加工方法。本文正式围绕磁流变抛光试验机的研制及应用开展研究的,本文的主要工作及其贡献如下;（1）基于磁流变抛光机理,自行开发研制了一台磁流变抛光实验样机。磁流变抛光装置采用正置式抛光方式,与VM-1360数控机床整合,共享X、Y、Z轴平动和Z轴转动四个自由度及控制系统,磁流变抛光样机包括抛光机本体模块、磁场发生模块、抛光轮及其传动模块、液体循环模块、工件装夹模块等,该抛光机具有小平面工件高精密抛光的能力。（2）研究了磁流变抛光工艺参数与抛光效果参数的影响关系,这是实现确定性磁流变抛光的关键技术之一。本课题进行了不同工况下的抛光实验,进行了加工工艺参数及结果的经正交分析,研究了磁场强度、抛光轮转速、工件转速和工件与抛光轮间隙工艺参数对磁流变抛光效率和工件粗糙度的影响规律,为工艺参数对加工效果影响的模型的建立创造了条件。（3）提出了基于支持向量回归机（Support Vector Regression,简称SVR）的多输入单输出、非线性的预测算法,通过实验得到的样本数据,建立了磁流变抛光工艺参数优化模型,实现了磁流变抛光关键工艺参优化预测。随着实验样本数据的不断积累,该模型可解决多数入多输出、非线性的加工过程和质量的控制。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 超精密光学零件表面加工方法
• 1.1.2 磁流变液研究进展与应用
• 1.1.3 磁流变抛光原理简述
• 1.1.4 磁流变抛光的研究意义
• 1.2 磁流变抛光技术国内外研究与发展状况
• 1.2.1 磁流变抛光技术国外发展现状
• 1.2.2 磁流变抛光技术国内发展现状
• 1.3 课题的目的及主要研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 磁流变抛光试验样机设计
• 2.1 磁流变抛光机理
• 2.2 模块化抛光试验机设计思想
• 2.3 磁流变抛光实验样机的总体设计
• 2.4 磁流变抛光装置与机床整合方案的设计与比较
• 2.4.1 平置式
• 2.4.2 倒置式
• 2.4.3 正置式
• 2.4.4 整合方案的选择
• 2.5 磁场发生装置设计
• 2.5.1 磁场发生方式比较及选择
• 2.5.2 电磁铁铁芯结构设计
• 2.5.3 抛光区磁场强度计算
• 2.5.4 磁场发生器线圈计算及电源选择
• 2.6 抛光轮及其传动装置设计
• 2.6.1 抛光轮设计要求及材料选择
• 2.6.2 抛光轮结构设计
• 2.6.3 传动装置结构设计
• 2.7 液体循环装置设计
• 2.8 工件装夹装置设计
• 2.9 本章小结
• 第三章 磁流变抛光工艺实验研究
• 3.1 影响磁流变抛光效果的工艺参数及选取范围
• 3.1.1 磁流变抛光材料去除机理
• 3.1.2 磁流变抛光材料去除模型
• 3.1.3 磁流变抛光工艺参数选取范围
• 3.2 基于正交法的工艺参数实验
• 3.2.1 正交实验法的意义
• 3.2.2 实验因素水平及正交表选择
• 3.2.3 实验结果及方差分析
• 3.3 磁流变抛光工艺参数对抛光效率及粗糙度的影响规律
• 3.3.1 磁场强度对抛光效率及粗糙度的影响
• 3.3.2 抛光轮转速对抛光效率及粗糙度的影响
• 3.3.3 工件转速对抛光效率及粗糙度的影响
• 3.3.4 工件与抛光轮间隙对抛光效率及粗糙度的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于支持向量机的磁流变抛光工艺参数优化模型研究
• 4.1 支持向量机概述
• 4.1.1 支持向量机的提出
• 4.1.2 支持向量机的原理
• 4.1.3 SVM的应用研究
• 4.2 回归支持向量机算法及应用研究
• 4.3 基于SVR的磁流变抛光工艺参数优化模型构建
• 4.3.1 核函数的选择
• 4.3.2 基于遗传算法的参数最优化
• 4.3.3 面向磁流变抛光效率的工艺参数优化模型构建
• 4.3.4 面向工件粗糙度的工艺参数优化模型构建
• 4.4 仿真与实验结果
• 4.4.1 实验条件及准备
• 4.4.2 面向磁流变抛光效率实验
• 4.4.3 面向工件粗糙度实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢