面向航空复杂薄壁零件智能加工的进化建模方法

航空复杂薄壁零件的材料加工性能差、加工过程的强时变性和多态性(工件的几何、动力学特性,刀具磨损状态在加工过程中变化剧烈)导致建模难度较大.为了提高航空复杂薄壁零件的加工精度,首先根据薄壁零件加工工艺,通过对加工时间进行离散,建立了零件加工过程4维多态模型.针对具体工序模型的演化过程,建立了几何演化模型、动力学演化模型以及刀具磨损演化模型,最后通过误差补偿进化模型建立了整个加工过程的闭环控制,通过迭代学习方法实现了非线性误差的建模.     

基于UG的硬质合金刀具数字化建模

以麻花钻和整体立铣刀两类硬质合金刀具为例,在分析刀具切削刃截面几何结构的基础上,建立其曲线方程,并利用UG数字化建模功能,实现两类刀具的三维模型建模。基于该建模方法,可以快速且准确地建立刀具三维模型,有效缩短了刀具设计和制造周期。同时,为其他材料和结构的刀具设计提供了一定的基础。     

基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态实时辨识

刀具状态的实时辨识对提高数控加工效率和质量、降低加工成本具有重要作用。对于单件小批量生产模式下的复杂零件,加工过程中的几何形状和切削参数不断变化,为刀具状态的准确辨识带来很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态辨识方法。采集加工过程中不同刀具状态的切削力信号,并对其做时域和时频分析,提取切削力信号的特征量,与加工工艺信息和零件几何信息相关联,建立输入向量,构建基于BP神经网络的刀具状态辨识模型并训练,在实际加工中通过神经网络模型实现刀具状态的实时辨识。经过试验验证,该方法可以基本满足铣削加工刀具状态的实时辨识。     

复杂曲面五轴数控加工中刀具位置优化

针对复杂曲面五轴数控加工的刀具位置优化进行了研究并提出了一种基于五轴数控加工中非线性误差的分析和补偿的刀具位置优化方法。首先,简述了曲面加工中所用的平底圆角铣刀刀具位置的计算方法;然后,对刀具位置进行非线性误差分析并建立非线性误差模型,并基于这个模型得出插补段的最大非线性误差;接着通过对非线性误差模型中的非线性误差进行检测计算和补偿,最终得到满足加工精度要求的刀具位置。最后对该方法进行了模拟仿真。模拟的结果显示非线性误差的补偿对复杂曲面数控切削成形的几何精度有很重要的影响。     

单向CFRP螺旋铣削力建模

螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了螺旋铣削过程中侧刃、底刃动态切屑层模型,纤维切削方向角度模型和动态切削力计算模型。然后,分别通过侧刃直线槽铣实验和底刃半齿插铣实验,对各个切削方向角度下侧刃、底刃切削力系数进行了标定,并利用人工神经网络对切削力系数进行拟合。最后,将标定所得的切削力系数代入动态切削力计算模型中,建立了单向CFRP螺旋铣削过程动态切削力预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。与现有模型相比,该模型不仅能够预测刀具螺旋运动周期内的切削力变化情况,还可以对每个刀具自转周期内的细节进行预测,通过考虑纤维切削方向角度对切削力系数的影响,反映了单向CFRP材料的各向异性,较为准确地预测了螺旋铣削力。     

基于20-sim的双框架陀螺仪键合图建模与仿真

针对传统建模方法对陀螺结构进行建模时,存在推导过程复杂,直观性不好的问题,本文采用键合图建模方法建立双框架陀螺仪的键合图模型.首先根据陀螺仪的空间运动关系,建立系统的拉格朗日方程;然后基于拉格朗日方程与键合图模型的对应关系,采用调整转换器和调整回转器建立了陀螺仪的完整键合图模型,并采用20-sim软件对模型进行了仿真分析,仿真结果验证了模型的正确性.     

向量计算及其在刀具上的应用

董仁杨同志是一九六○年大学毕业,分配担任工具设计员。他以毛主席的光辉哲学思想为指针,用矛盾对立统一观点,分析了切削运动的各个因素,抓住了刀刃和切削速度这一对基本矛盾,创新地提出了刀具几何角度的向量定义,以及进行计算的一套比较系统的新概念、新方法,用以解决刀具设计、制造、检验、安装中各种平面和空间的计算问题,尤其是解决运动状态下复杂的刀具几何角度的计算,能使复杂问题简化,解     

基于线接触的回转二次曲面加工方法及其误差分析

基于线接触的回转二次曲面加工方法,无需复杂的位置控制,能够加工在轴和离轴回转二次曲面,同时,用同一个刀具可以加工不同类型、参数的回转二次曲面,并且铣磨成形时定位误差和刀具轮廓误差对面形误差的传递系数都小于1。     

虚拟数控铣削加工几何仿真系统研究

数控加工仿真可以克服实物试切加工的弊端,为缩短产品开发周期、降低生产成本及提高企业的市场竞争力发挥重要作用。建立了几何仿真系统总体结构,对其中的几何仿真模块进行了深入研究,包括刀具实体建模、毛坯实体建模和刀具扫描体建模。并用计算机语言加以实现。利用本软件可以检查数控加工程序中的错误,以部分或者完全取消试切环节。     

基于小位移旋量的旋翼系统公差建模及分析

直升机的振动问题与加工制造技术紧密相关,降低制造误差可有效减小直升机的振动。为了分析直升机旋翼系统的几何回转精度,基于小位移旋量对零部件装配路径上的关键公差进行建模,通过齐次坐标变换方法对闭环链路上的误差传递进行分析,得到旋翼系统几何回转精度模型;在此基础上,与蒙特卡洛仿真相结合,对旋翼系统的实例模型进行分析。结果表明：旋翼桨叶根部在空间内的变动范围近似呈椭球形变化,在旋转过程中存在复杂的波动情况,桨叶根部在桨盘平面内的径向波动误差约为 0.58%,在垂直桨盘平面方向的波动相对较大,约为 0.89%。     

Geometrically exact nonlinear analysis of pre-twisted composite rotor blades

Modeling of pre-twisted composite rotor blades is very complicated not only because of the geometric non-linearity, but also because of the cross-sectional warping and the transverse shear deformation caused by the anisotropic material properties. In this paper, the geometrically exact nonlinear modeling of a generalized Timoshenko beam with arbitrary cross-sectional shape, generally anisotropic material behavior and large deflections has been presented based on Hodges’ method. The concept of decomposition of rotation tensor was used to express the strain in the beam. The variational asymptotic method was used to determine the arbitrary warping of the beam cross section. The generalized Timoshenko strain energy was derived from the equilibrium equations and the second-order asymptotically correct strain energy. The geometrically exact nonlinear equations of motion were established by Hamilton’s principle. The established modeling was used for the static and dynamic analysis of pre-twisted composite rotor blades, and the analytical results were validated based on experimental data. The influences of the transverse shear deformation on the pre-twisted composite rotor blade were investigated. The results indicate that the influences of the transverse shear deformation on the static deformation and the natural frequencies of the pre-twisted composite rotor blade are related to the length to chord ratio of the blade.     

弹簧在下肢外骨骼重心调整中的应用

通过对外骨骼在一个步态周期中重心变化的分析,提出髋关节使用螺旋弹簧结构设计来调整重心高度的方法,使负荷重心在行走过程中维持一个水平高度,减少额外的能量消耗。通过外骨骼的受力分析和等升角圆锥螺旋弹簧疏圈理论,提出一种弹簧选取的设计计算方法,计算的结果说明设计的可行性和方法的正确性。     

桨扇近场噪声的FFT算法

Hanson的升力而理论是进行桨扇近场谐波噪声预测的最有效的方法,在Hanson的原始公式中,对波数的无穷积分非常复杂。本文介绍一种利用快速傅立叶变换(FFT)计算Hanson公式的方法,通过一次FFT就可以得到平行桨扇轴线任一表面上的噪声分布。本文详细讨论了FFT算法的计算公式和计算中的技术问题。通过对桨扇噪声的实际计算表明,这种方法非常适应于桨扇噪声分布场的计算和分析,计算结果与实验值相符。     

基于FANUC 0i系统的数控铣床的坐标旋转指令的使用研究

对教材上的坐标旋转指令(G68)应用例题的程序进行仿真加工,结果发现与图纸要求的形状不相符,分析其原因是该指令没有坐标原点平移的功能。要正确使用该指令实现加工,可以先采用坐标原点平移,再旋转的方法;或采用先控制刀具运动到旋转中心,再执行旋转指令,旋转指令后的程序段都采用增量值编程的方法。对这两种方法进行编程和仿真加工,结果显示符合图纸要求。     

基于Kriging形函数的线性时变结构模态参数辨识

近年来,对航空航天飞行器随时间变化的动力学特性研究需求越来越迫切。仅输出参数化时域的时变时间序列模型以其结构简约、精度高且跟踪能力强而成为研究热点,尤其是泛函向量时变自回归(FS-VTAR)模型已经得到了广泛应用。然而传统的FS-VTAR模型在保证其辨识优势的同时却需要针对不同时变结构选择合适的基函数形式及较高的基函数阶数,该过程相当复杂且耗时。本文借鉴无网格法中移动最小二乘(MLS)法构造形函数的思想,提出一种基于Kriging形函数的线性时变结构模态参数辨识方法。该方法首先引入自适应于辨识信号的Kriging形函数;再把时变系数在形函数上线性展开,利用最小二乘(LS)法得到形函数的展开系数;最后把时变模型特征方程转换为广义特征值问题提取出模态参数。利用时变刚度系统非平稳振动信号验证该方法,结果表明:基于Kriging形函数的FS-VTAR模型相比于传统的FS-VTAR模型能有效地避免基函数形式的选择和较高的基函数阶数,且精度相当;相比于移动最小二乘法能有效地解决其数值条件问题且具有更高的模态参数辨识精度。     

弧齿锥齿轮切齿和啮合过程的数字仿真

针对弧齿锥齿轮的切齿和啮合过程,建立了用数字仿真技术研究锥齿轮齿面形成和轮齿啮合过程的方法。在该方法中,将齿面切制时的线共轭条件转化为约束极值问题,据此获得被切齿面的数值模型;将轮齿啮合时的点共轭条件转化为在两齿面上求距离最近的点,并借助齿面数值模型,获得接触印痕和传动误差。用本文方法进行了某航空弧齿锥齿轮的切齿和啮合过程的数字仿真。      

管道曲面构件自动铺丝路径规划

提出了一种基于管道曲面广义螺旋线的铺丝路径生成算法,把芯模曲面的铺丝路径规划问题转化为求解该曲面上的广义螺旋线。利用管道曲面广义螺旋线算法,通过求解初值问题的一阶常微分方程组就可得到精确的位于芯模面上的铺丝路径。该算法具体计算可以利用功能强大的计算软件Matlab中的ODE45函数,该函数是基于自适应的4-5阶龙格-库塔算法,因而可构造具有相对误差以及绝对误差的控制机制的铺丝路径。经过算例验证,该算法操作简单,精度能够满足铺丝技术工艺要求。     

复约束方法计算斜齿圆柱齿轮结构特征值问题

根据齿轮结构的循环对称性，以仅含有一个完整轮齿的扇形子结构作为齿轮有限元计算模型，用计算循环对称结构特征值问题的复约束方法，通过求解一个扇形子结构的特征值问题得到整个齿轮结构的特征值和特征向量。计算了４个不同参数齿轮的低阶固有频率和振型，并与实验结构数据比较，获得了满意的结果。这证明复约束法既极大地减少了计算所需内存和机时，又可建立包含轮齿和轮体在内的计算模型，保证了齿轮结构特征值问题计算的完整性和准确性。     

基于特征的锻件分类及特征有限元法

综合分析锻件后引入特征技术并归纳锻件的形状及变形特点 ,提出了锻件特征概念并给出锻件形状特征的一般定义和构成 ;采用面向对象技术表示特征 ,提出了锻件特征类的概念模式和具体的参数化数据模型 ;针对有限元分析中复杂多变的约束条件和载荷状况两个关键性因素的表达 ,提出特征类的关联思想。在基于特征的锻件分类基础上 ,把锻件变形归纳为“挤”或“压”两种特征元 ,提出了采用基于特征的有限元法 ,并综合自适应FEM、并行FEM、智能型FEM共同求解大型复杂锻件的变形模拟问题。     

斜齿面齿轮齿宽的设计

研究了斜齿面齿轮小端不根切和大端不变尖的问题.给出了任意轴交角条件下小端不产生根切的内半径和大端不变尖的外半径的表达式.提出了在产形齿轮上求解关键点的方法.定义了内半径系数,外半径系数和齿宽系数三个无量纲量,分析表明产形轮齿面螺旋角和小齿轮齿数的大小决定了三个系数的变化趋势.