【摘 要】
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内燃机作为许多机械设备的动力源,在机械领域应用甚广,缸套或无缸套缸体与活塞环的滑动摩擦副作为内燃机的主运动副,其摩擦造成的能量损耗约占内燃机总能量损耗的一半以上。为了改善缸套、无缸套缸体内表面的摩擦磨损状况,使用激光在其内表面加工出有一定规律的微观织构形貌的方法应运而生。大量理论研究和试验都证明:在缸套-活塞环摩擦副接触面上加工与润滑性能要求相匹配的微观织构形貌,可以大大改善其润滑性能,减少油耗,
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内燃机作为许多机械设备的动力源,在机械领域应用甚广,缸套或无缸套缸体与活塞环的滑动摩擦副作为内燃机的主运动副,其摩擦造成的能量损耗约占内燃机总能量损耗的一半以上。为了改善缸套、无缸套缸体内表面的摩擦磨损状况,使用激光在其内表面加工出有一定规律的微观织构形貌的方法应运而生。大量理论研究和试验都证明:在缸套-活塞环摩擦副接触面上加工与润滑性能要求相匹配的微观织构形貌,可以大大改善其润滑性能,减少油耗,延长使用寿命。本文采用NC嵌入PC+多轴运动控制器的开放式数控加工系统框架,基于Windows系统,构建激光加工缸套、无缸套缸体内表面微观织构形貌数控系统的硬件体系和软件架构,并对激光加工过程进行仿真模拟和实验验证。遵循激光加工硬件系统的模块化设计方法,选定纳秒光纤激光器作为加工光源,设计了一种焦点可调、可旋转的套筒嵌套式新型激光头。在运动控制部分,采用Ether CAT“一主多从”方式,由PC控制多轴运动控制器,多轴运动控制器控制激光器、伺服驱动器和伺服电机。搭建了试验平台,实现了激光光源相对于工件表面的X、Y、Z、θ四轴的相对运动。在系统软件的架构设计上,也按照功能任务区分了两大模块:矢量图纸参数识别和数控加工。在Visual Studio 2013的.NET集成开发平台下,使用C#语言,主要依靠动态链接库技术进行软件开发。通过调用Teigha.Net的动态链接库,实现脱离Auto CAD平台的dwg文件特征参数识别,使复合参数织构形貌的表达和加工更为直观。通过调用多轴运动控制器的动态链接库,实现对其各项功能的调用,包括插补运动、输入输出口状态控制等。合理设计了人机交互页面,力求软件的高度集成化,加工人员操作的简单化。针对目前工业应用上对激光加工凹腔精度和效率的不可控性,使用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟纳秒脉冲激光烧蚀去除灰铸铁材料的过程,探索了加工凹腔开口半径、深度、体积随作用时间、功率的变化规律,基于此数据模型,探索了对单个凹腔多点连续加工路径的可能性和最优重复率,并通过实验验证。
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