机械零件表面结构化能够起到减阻耐磨的作用,磨削加工能够有效地加工出规则的结构化表面,基于此,依据生物学叶序排布原理设计了磨粒簇叶序排布砂轮并建立了数学模型。为探讨磨粒簇叶序排布砂轮磨削外圆结构化表面的形成机理,建立了磨粒的运动方程并讨论了实现结构化表面的磨削条件,利用MATLAB仿真了不同转速比γ和叶序参数h,以及磨削深度ap下工件结构化表面的形貌特征;仿真结果表明,转速比γ越大、叶序参数h越小工件周向凹坑数目就越多;磨削深度ap越大,凹坑的周向尺寸越大。

为了提高机床的强度与刚度,使它具有良好的动静态特性。基于叶片褶皱稳定结构及叶脉分布结构的特点,建立叶片褶皱及叶脉的力学模型。以五轴数控机床的床身构件为研究对象,在SolidWorks环境下对床身构件进行全叶片的数字化仿生设计,通过Workbench对床身构件进行动静态特性分析。研究结果表明:仿生设计床身与原床身相比,比刚度效能提高14.39%,等效应力降低15.7%,质量减少2.17%,改善了床身动静态性能,实现了机床结构的仿生轻量化设计。

为得到外圆零件表面均匀一致的网纹结构,降低零件运动过程的摩擦阻力,设计叶序、阵列、错位3种磨粒排布方式的油石,并通过油石正弦振荡方法进行外圆表面超精研磨。通过MATLAB软件进行运动学仿真,获得3种磨粒有序化排布方式的运动轨迹和超精研圆柱工件结构化表面的变化规律。结果表明:使用磨粒有序化排布油石正弦振荡可以加工出排布一致的结构化表面。在叶序排布下,振幅与磨粒排布叶序系数的比值为1.4821时,工件表面平台面积近似相等,网纹均匀一致;此时增大振幅和叶序系数,网纹密度会减小,单个平台面积增大。磨粒叶序排布比阵列排布和错位排布研磨得更充分,平台面积也更均匀。

为改善砂轮的磨削性能,将有序排布理论引入到电镀砂轮磨粒排布中。分别探讨了叶序、错位、无序排布砂轮在不同磨削参数下对工件表面粗糙度的影响,同时建立叶序、错位、无序排布电镀砂轮磨削表面粗糙度数学模型,并利用MATLAB软件进行仿真。在砂轮缓进给磨削过程中,叶序排布砂轮所获得的工件表面粗糙度值低于其他排布方式的砂轮。且工件表面的粗糙度值随着磨削速度比的增大而减小,随着磨削厚度的增大而增大。这为实际磨削工件表面粗糙度分析提供了很好的辅助和验证方法。

在MEMS执行器中,弹簧起到至关重要的作用,因此得到广泛的应用。在S型弹簧弹性系数计算公式的基础上,采用LIGA技术加工出一批弹簧,用数字式显微镜对公式中主要影响因素的测量,计算出理论数值与实际值的相对误差,得出相对误差过大不满足设计要求。经过对加工特点的研究,从设计和加工的角度,提出改善方法。在此改进方法的基础上,加工出一批弹簧,通过对两批弹簧测量数据的对比分析,确定改进方法能够满足设计需求。

由于传统排布的油石磨粒的大小分布没有规则,所以不能保证磨粒的等高性,所有用传统排布的油石珩磨导致珩磨表面网纹分布没有一定的规则。文中将磨粒有序化排布应用到珩磨研究当中,通过筛选磨粒提高等高性,再将磨粒进行阵列、错位、叶序等3种有序化排布进行珩磨表面形貌的研究。通过仿真发现:磨粒有序化排布油石珩磨能够得到确定的网纹分布,生成的表面形貌比较均匀。这为以后的电镀制造磨粒有序化珩磨油石提供了一定的理论依据。