自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

某光学自由曲面棱镜超精密加工技术研究

与传统的球面及非球面光学元件相比,自由曲面的应用可提高系统设计自由度及成像质量,减轻系统重量,但同时对光学元件的设计、制造及检测提出了挑战。本文分析了头盔显示器中关键光学元件自由曲面棱镜的设计特点,研究了其磨削、抛光及检测工艺,经检测被加工零件性能指标满足了光学系统的设计要求。     

复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法

 针对复杂曲面零件五轴加工中刀轴矢量变化剧烈、严重影响工件表面加工质量的问题,提出一种基于临界约束的五轴刀轴矢量整体优化方法。首先,构造了给定切触点处所有可行摆刀平面,并在摆刀平面内根据临界约束计算出临界刀轴矢量,在获得临界刀轴矢量的基础上,对其进行平面映射,建立了刀轴摆动的初始可行域;其次,通过对初始可行域进行均匀离散,根据离散点之间相对位置关系构造邻接矩阵,并结合最短路径搜索算法获得了初始参考刀轴,从而构造了新的刀轴摆动可行域;最后,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现自由曲面五轴加工无干涉刀轴矢量的光滑控制。两种自由曲面叶轮的加工算例分析表明,采用本文方法获得的刀轴矢量可以明显改善机床的运动性能,避免了刀具干涉的产生,可提高复杂曲面零件的加工质量与效率。     

基于压缩量偏差约束的整体叶盘砂布轮数控抛光路径规划

数控抛光是实现整体叶盘叶片表面光整加工自动化、高效化的关键技术,而抛光路径规划对表面质量有着显著的影响。在抛光曲面时,砂布轮沿接触曲线上的径向压缩量偏差导致材料去除量一致性较差。针对该问题,提出一种基于压缩量偏差约束的路径规划方法。通过对砂布轮受曲面挤压变形几何分析,建立了自由曲面抛光接触线上砂布轮压缩变形量分布模型。在给定刀触点处,以接触曲线上最大压缩量偏差最小化为评价指标构建了刀轴矢量优化模型,并利用改进的粒子群优化（PSO）算法进行求解。基于最优刀轴矢量,完成自由曲面上等参数相邻刀触轨迹曲线的计算。最后,通过数据对比和试验,验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明,抛光区域的轮廓度、粗糙度均得到明显的改善。     

Zernike自由曲面加工轨迹规划研究

Zernike自由曲面光学元件加工复杂,采用单点金刚石慢刀伺服车削方法可以实现自由曲面光学元件的高效、高精度制造。本文针对慢刀伺服车削Zernike自由曲面刀具等角度法和等弧长法两种车削轨迹划分方法进行研究,并选择等角度法轨迹划分进行车削工艺实验,获得了口径50mm的Zernike自由曲面光学元件,面形精度PV0.9506μm。     

进动气囊抛光技术研究

为实现高精度的光学玻璃零件的加工,本文对进动气囊抛光关键技术进行了详细研究.首先介绍了进动气囊抛光设备及原理,通过对Preston方程的分析及工艺参数实验确定了抛光去除函数,并对驻留时间算法进行优化求解,通过MATLAB仿真验证残余误差在0.1 μm以内,最后对平面和球面玻璃进行了抛光实验,获得了面形PV值为0.18μm的球面表面,验证了驻留时间算法的合理性,满足光学玻璃元件精密加工的基本要求,为后续进行自由曲面的抛光提供了理论基础.     

凸轮自由曲面反求建模技术

自由曲面精确建模是凸轮高精度反求的必要前提。针对三坐标测量机获得的自由曲面点云数据,研究了噪声点快速有效的去除算法、边界数据及整体数据的平滑技术、点云数据的筛选与曲面扩展;最后,结合VC强大的数据处理能力以及UG/Open二次开发工具,实现大密度点云数据在UG环境中的快速精确建模。经验证,该方法数据处理效果明显,曲面建模效率和精度高。     

环面工具加工叶根过渡曲面的刀位可行域

利用环面工具加工过渡曲面时经常发生整体干涉,主要原因是缺乏对复杂环面工具加工复杂曲面时刀位可行域的研究。虽然采用常规的优化方法在大范围内对可行刀位进行搜索是可行的,但是需要耗费大量时间。为了避免刀具与过渡曲面的干涉并同时提高加工效率,研究了一种更加符合此区域结构特点的刀位优化算法,使得叶根过渡曲面得以无干涉地整体宽行加工。通过对典型叶根过渡曲面的可行刀位进行研究,发现其可行域形状为盾形,且行宽最大的刀位位于该盾形区域的两个底部边界上,有时位于该边界的端点上。根据该原理提出一种最优刀位搜索方法——沿着盾形区域底部边界搜索,应用最优化的刀位可行域以获得高的加工效率。以某航空发动机叶片的叶根过渡曲面为例进行了刀位优化计算、仿真和加工实验,验证了该方法在叶根过渡曲面加工中的有效性。     

精密测量中的圆柱拟合算法研究

针对测量圆柱型工件时无法采集稠密测量点的情况,提出基于投影点圆度计算的圆柱拟合算法。算法思想为根据测量点在某一平面上的投影的不同情况来判断投影平面法向和测量圆柱轴向的关系。当测量点的投影点拟合出的平面圆圆度最小时,投影平面的法向和圆柱轴向是最相近的,最后将该平面的法向和平面圆半径做为圆柱拟合的初值用牛顿迭代法进行圆柱拟合。实验结果验证了该算法在测量点稀疏的情况下也可以较为准确的拟合圆柱。     

复杂曲面铝反射镜磁流变抛光工艺优化

采用超精密车削加工的复杂曲面铝反射镜只能满足红外光学系统的应用需求,若要满足更高需求的应用场合,需要进一步提升反射镜面形精度。磁流变抛光能够进行确定性修形,在复杂曲面加工中具有独特优势,但是复杂曲面连续变化的面形特征,在磁流变抛光时会导致去除函数不稳定,影响误差收敛效率和加工精度。从高精度复杂曲面铝反射镜的应用需求出发,提出了复杂曲面局部区域磁流变抛光去除函数的动态建模方法,给出了驻留时间求解算法,以平均曲率变化最小为原则,设计了抛光路径优化算法,针对该算法计算速度慢的问题,提出了优化策略,并通过试验进行了验证,最终加工的复杂曲面铝反射镜的面形误差为0.216λ PV、0.033λ RMS （λ=632.8 nm）。     

基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案

为检测整机发动机管路是否满足最小间距的设计要求,提出了一种基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案,方案包含5个步骤:①从点云数据中划分出不同管路的数据;②基于管路点云数据的空间分布构造等间隔栅格,计算栅格中心点作为管路的趋势线数据;③在管路各趋势线数据点位置上构造垂直平面,将管路点云数据投影到最近的垂直平面上,获得各个垂直平面上呈圆弧状分布的投影点数据;④对各垂直平面上的投影点数据进行最小二乘圆拟合,得到拟合圆圆心及其半径值,将拟合圆圆心作为管路中心线数据;⑤采用遍历法计算两条管路中心线数据的最小间距,中心线最小间距分别减去两条管路的半径值则得到两条管路的表面最小间距。通过12条管路验证了方案的准确度。实验结果表明:管路最小间距偏差在-0.35~0.46mm之间,管路半径偏差在-0.08~0.22mm之间。该方案的实施有助于管路间距数字化检测的实现,且方案的计算结果具有较好的鲁棒性。      

Profile error compensation in precision grinding of ellipsoid optical surface

Optical glass elements with the ellipsoidal surface are used in many critical aerospace instruments, such as satellites, telescope and cameras. Their optical performance is mainly affected by profile accuracy and surface quality. In this paper, a rectangular ellipsoid surface is precisely ground on a BK7 optical glass blank by grating scanning grinding path with a three-axis CNC precision surface grinder. A profile error compensation procedure for ellipsoidal grinding is proposed based on the error analysis about the primary error sources in the XY and YZ projection planes during the grinding process. The mathematical prediction models of the wheel arc profile error, the measurement and wear error of the grinding wheel radiuses are established. By applying the proposed error compensation procedure, the profile accuracy of the ellipsoidal surface was improved from 4 μm to 2 μm in the XY plane, and improved from 15 μm to 5 μm in the YZ plane.     

跨声速翼型设计

以给定的压力分布或速度分布作为目标，引入目标压力分布与保角变换模Ｈ的关系，给出求解流场和变换模Ｈ的反复迭代，逐步收敛到目标压力分布。通过积分变换模Ｈ就可以得到物理平面上翼型外形（ｘ，ｙ）的坐标，达到设计翼型的目的。以ＧＫ７２－０５－１２和Ｎｏ．７５目标压力分布为例设计出的翼型与相应翼型几何外形相当一致。     

一类无人直升机的导航与控制

随着无人机(UAV)应用范围的扩大，要求无人机能精确跟踪预定航线。预定的飞行轨迹可以有两种规划方式，一是近似在当地切平面上的直线或曲线；二是飞行距离较长时在地球表面的大圆航线。本文推导了相关的导航控制律和制导指令计算方法，并且进行了计算机仿真验证和部分的实际飞行试验，此外，还分析了常值风及突风干扰时的导航效果。结果表明，该直升机与预定航线的距离偏差较小，航迹精度较高，能满足实际飞行要求。     

禁飞区影响下的空天飞机可达区域计算方法

针对禁飞区影响空天飞机再入可达区域问题,基于极限绕飞轨迹提出一种不限禁飞区位置的可达区域求解方法。首先,考虑空天飞机规避禁飞区后的剩余飞行能力评估,从极限绕飞轨迹与禁飞区的切点出发,提出绕过禁飞区后的子可达区域计算方法,在此基础上获得禁飞区影响下的可达区域和不可达区域的边界。然后,考虑禁飞区在经度/纬度剖面内可能出现的位置,分类讨论不同情形并给出对应子区域的求解算法,使用射线法判定目标点是否位于可达区域内,并应用分段预测校正制导方法实现面向可行目标点的导引。最后,在仿真中,给出了对经度/纬度剖面内散布的圆形禁飞区分类结果,并针对每一分类的禁飞区开展了可达区域求解计算分析。仿真结果表明,对不同种类的禁飞区情况,均能稳定实现可达区域求解,同时对于可达区域以内的目标点,通过应用分段预测校正方法可以满足再入制导精度要求。     

控制力超精密研抛测控系统

简要介绍超精密抛光技术的发展动态,围绕精密研抛机的现有加工技术水平,开发可实现超精密抛光的控制力系统.     

类芬顿反应在碳化硅光学材料研抛中的作用

本文讨论了以零价铁代替亚铁盐形成类芬顿反应(Fenton-Kind process)体系应用于碳化硅光学材料抛光过程中的反应机理,通过双转子研抛机床对SiC光学材料进行了研抛实验,验证了类芬顿反应能够有效地提高SiC材料的加工效率和加工质量。通过对比不同磨料粒度研抛液加工结果,获得了SiC材料研抛过程中化学与机械作用规律。     

航空发动机机匣摆线粗加工轨迹规划方法

针对机匣零件粗加工过程中凸台多、加工余量大、材料难切削、刀具磨损快、加工周期长等特点,提出了一种机匣摆线粗加工刀具轨迹规划方法,该方法能有效控制切削过程中刀具负载的变化,改善刀具切削过程中的加热-冷却循环,减缓刀具的磨损,提高机匣粗加工效率。首先,通过对两种摆线模型的分析,建立了摆线铣数学模型,并分析了摆线铣的优缺点;其次,结合机匣零件特点,将模型在精度范围内离散为点模型,利用圆锥将模型展开并建立展开模型与原始模型间的映射关系。通过对可加工区域的划分和平面逼近,生成了适用于机匣零件的摆线粗加工刀具轨迹。最后,分别通过摆线铣刀具磨损实验、平面型腔摆线铣实验和机匣摆线铣实验,验证了摆线铣在降低刀具磨损、延长刀具寿命方面的有效性,以及本文轨迹生成算法在航空发动机机匣实际加工中的正确性和高效性。研究成果能有效缩短加工周期、降低加工成本,提升机匣零件的粗加工效率。     

基于厚片光胶法的石英挠性加速度计摆片光学冷加工

本文介绍了一种基于厚片光胶的高精度石英挠性加速度计摆片光学冷加工制备方法。现有的主流加工方法一般采用厚度为1.1mm的薄片进行后续加工。在单面环抛机结合光胶工艺的加工方法中,这种厚度的原料片使得成品石英光片在最终下盘时的面型不够理想, 从而影响装配成表的精度。基于此,本文提出了厚片光胶法,运用片厚1.8mm的光片进行后续加工,并在加工过程中增加了一次释放应力加抛光片修饰面型的工序,较好地改善了成品光片的面型。改进工艺后制备所得的光片下盘后光圈数从改进工艺前的2~3个减少为小于1个。作为高精度石英加速度计的关键零部件,改善面型后的光片更好地满足了成表的精度要求。     

Improving the Positional Accuracy of the Airborne Vehicle during Its Motion along the Predetermined Path

The method of improving the positional accuracy of the airborne vehicle that moves along a great circle path is considered due to the analytical three-dimensional projection of its current coordinate position, determined from the measurements of the satellite navigation system under the conditions of high-amplitude noise to the true guide path.