基于4+2轴机床的叶轮加工技术

为扩展4轴机床的加工能力,使4轴机床具有使用鼓形刀具加工叶轮类零件的能力,将4轴机床扩展至4+2轴机床。从机构学角度对4+2轴机床进行运动学分析,证明了4+2轴加工方法的刀具姿态具有一个可优化的角度。根据机床运动链模型,推导了机床半联动轴参数与刀具姿态角度、联动轴运动参数之间的运动变换关系,得到了求解切触点处刀位信息的方法。根据对复杂曲面的几何分析、刀具干涉和机床运动范围,给出了一种4+2轴加工叶片的2个半联动轴参数选择方法。推导了4+2轴加工方法的刀轨生成算法。通过4+2轴叶轮加工实验,验证了4+2轴加工方法的可行性。实验结果表明,4+2轴加工方法生成的刀轨可用,使用4+2轴加工方法加工叶轮叶片的方案是可行的,具有生产应用价值。     

球头铣刀在虚轴机床上的刃磨

对虚轴刃磨机床的工作原理进行了分析.建立球头铣刀刀刃的曲线方程,利用活动标架法,推导球头铣刀前后刀面的数学模型.根据球头铣刀的数学模型,求解球头铣刀的广义刀位轨迹,利用虚轴机床的反解模型,把广义的刀位轨迹换算成连杆坐标系下连杆的长度,控制连杆长度的变化,完成刃磨加工运动.进而论证了利用虚轴机床进行刀具加工的优势.     

基于航空环境的面齿轮磨珩复合磨削加工方法

面齿轮传动由于其独特的传动优点,成为航空传动的主要研究方向。根据面齿轮传动原理,得到了面齿轮齿面方程。针对面齿轮的精密加工技术问题,提出了面齿轮磨珩复合磨削加工方法;基于面齿轮专用数控磨床,建立特殊磨削加工坐标系,根据砂轮磨削对面齿轮表面质量的影响规律、开槽技术及珩齿理论,研制了面齿轮专用斜槽磨削刀具和柔性珩齿刀具结构,进而得到磨珩复合磨削刀具;在此基础上进行了面齿轮磨珩复合磨削加工实验,并对样件进行表面粗糙度、残余应力及微观纹理检测,验证面齿轮磨珩复合磨削加工方法的可行性。      

基于有限元3-RPS并联机床轻量化优化设计

为了减轻3-RPS并联机床质量,提高其刚度,分别对静平台与支链进行了结构改进.采用连接单元模拟机床中运动副,对并联机床静刚度进行有限元分析.通过分析结果获得静平台的刚度薄弱环节、支链的变形及其对机床变形的影响规律.在静平台刚度薄弱处增加抵抗变形的筋板,并通过减小其框架尺寸的方式优化静平台结构.采用悬臂梁模型分析支链的变形,以支链质量和变形乘积最小对支链进行尺寸优化.改进后的并联机床质量显著减轻,机床变形明显减小.优化结果能够提高机床动态响应性能以及机床精度.     

径向圆柱型气体螺旋槽密封的理论与实验研究

 采用坐标变换的方法对圆柱型气体螺旋槽密封的控制方程进行理论计算.对复杂形状求解域构筑了非矩形网格,再通过坐标变换形成规则的矩形网格.这种数值计算方法可在改变结构参数时,避免重新划分网格.分析了影响密封性能的主要设计参数如螺旋角α,槽数n等对密封压力的影响规律,得出了优化结果.设计了实验台,进行了大量实验验证.实验值与理论计算值吻合较好.最后,给出了该种密封型式的主要设计参数选取范围.     

端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性（端面承载力F_d 、柱面承载力F_c 、泄漏量Q、摩擦转矩M）的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.      

金刚石滚轮修整效果与修整机理

磨削钛合金时砂轮粘附严重,砂轮修整对磨削效果的影响尤为显著.采用金刚石滚轮修整新型陶瓷氧化铝SG砂轮并进行钛合金的磨削实验,通过改变修整参数(包括轴向速度、修整深度和修整速比)对磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌进行测量,考察不同修整参数对磨削效果的影响.研究结果表明,减小轴向速度和修整深度均使磨削力增加,同时获得较好的工件表面质量.修整速比对工件表面粗糙度的影响比较复杂.研究发现,修整速比为0.4时修整出来的砂轮磨削后工件表面质量较好.在分析实验结果的基础上,深入探讨了砂轮修整机理和工件表面形貌形成机理.实验及分析结果为金刚石滚轮修整SG砂轮磨削钛合金的修整工艺提供了依据.      

平面3自由度柔顺微动机器人加工误差分析

在微/纳米级定位领域,误差分析是提高微动机器人运动精度的重要方法.其中,对加工误差的分析尤其关键.为此,对平面3自由度(DOF,Degree of Freedom)柔性并联微动机器人的加工误差进行了研究.通过对机器人静刚度求解,建立了加工误差与其末端执行器定位精度的关系模型.通过理论计算途径及有限元方法(FEM)讨论了各结构参数加工误差对末端精度的影响程度,结果表明柔性铰链圆弧切口半径误差以及铰链圆弧切口中心线角度偏差对机器人末端精度的影响最大.研究所得结论可用于指导此类机构设计,确定加工过程中各机构参数的公差要求,并有助于提高标定精度.     

微动操作手的误差分析

目前微动操作手的机构选型主要有两种形式:串联机构与并联机构.它们各有优缺点.基于优势互补的指导思想,提出了一种新颖的机构形式,即串并联机构.为了评估微动操作手结构参数误差对末端执行器位姿的影响,利用矢量分析的方法建立了安装加工误差、驱动误差与末端位姿误差之间的关系式,得出了若干对微动机构的设计、加工、安装有普遍指导意义的结论.这种分析的方法同样也可应用到其它并联或串并联机构的误差分析研究中.     

虚轴磨床加工球面铣刀的工艺模型

前刀面与后刀面的刃磨加工是球面铣刀加工工艺中最复杂的加工模型,尤其是球面端刃的前后刀面的加工模型,是研究的热点问题.虚轴机床的结构与传统机床不同,机床的运动控制特性也不同,需要特别加以考虑.详细研究了阿基米德螺旋线和圆弧轨迹2种球面端刃前刀面曲线的生成模型,计算了加工这2种前刀面曲线时相应机床运动的位置控制参数,由此提出了适合于虚轴机床的球面铣刀前后刀面刃磨的工艺模型及相应的加工工艺方法,解决了采用6USP虚轴机床加工球面铣刀的工艺问题.使加工模型简化而且合理,提高了虚轴机床的加工效率和精度.      

机器人修形磨削工具坐标系的精确标定方法

针对目前机器人修形磨削系统中接触轮姿态标定精度低影响磨削精度的问题,提出了一种实验测量的工具坐标系标定方法,姿态标定精度达0.05°.首先总结了通用静态标定法的不足之处,提出了新标定方法的构思并且理论证明了该方法的正确性.介绍了实验系统的组成,并在机器人砂带磨削系统上做了磨削实验.采集了磨削处的实验数据,分析实验数据,获得接触轮的实际偏转角,把偏转角补偿到磨削路径的工具坐标系上,最后完成了工具坐标系补偿后的重复性实验,证明了该方法的可行性和准确性.     

基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测

分析了常见的砂轮表面形貌检测方法的局限性,阐述了激光三角法的基本原理.在此基础上,提出了激光三角法检测砂轮表面三维形貌的方法和装置,利用它可以对砂轮表面进行扫描测量,得到表面各点的三维坐标,随后通过origin软件的绘图功能和数据分析功能得到砂轮表面的三维形貌图和单个砂粒的三维尺寸.在实验中,得到了在航空发动机叶片磨抛中使用的60#杯形CBN砂轮表面0.5 mm×1.6 mm面积的三维形貌图,某单个磨粒宽度为209.1 μm,磨粒切刃突出高度为17.3 μm.该结果与用美国WYKO的白光干涉三维表面形貌仪测量结果之间的误差为1.00%左右,这说明所采用的激光三角法测量砂轮表面三维形貌是可行的.      

高温不锈钢的磨削温度测量与烧伤现象分析

针对高温不锈钢1Cr11Ni2W2MoV磨削过程中磨削区内部瞬时温度、磨削表面平均温度的测量方法以及工件表面平均温度与烧伤程度之间的关系进行了研究,分析了工件表面烧伤程度对材料金相组织的影响.通过研究得到了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削1Cr11Ni2W2MoV时磨削区内部瞬时温度,证明工件表面的烧伤最直接因素是磨削表面的平均温度,在不同的磨削参数下,表面平均温度超过540℃就形成黄色的微烧伤,随着温度的升高,烧伤程度不断加重.同时,表面烧伤会使马氏体晶格变成细小的退火微晶变质层,烧伤越严重,微晶变质层的厚度越大.     

数控加工中等高线刀具轨迹的生成

针对高质量的等高线高速加工要求,设计并实现了数控加工中、根据刀位面及其Zmap模型计算等高线刀具轨迹的原理和算法.该算法充分考虑了刀位面Zmap模型的特点,能确保刀具轨迹始终处于顺铣状态,从而保证了良好的加工工艺性.算法稳定性好,计算速度快,并已在商品化软件CAXA-ME中成功实现.      

鼓形刀宽行刀位优化纬线分割算法

为便于鼓形刀定位和姿态调整,结合最短距离线对思想,将刀具沿纬度方向进行离散.为使刀具更好地适应工件的曲率分布,实现广域曲率分布吻合,采用单点切触方法,在加工曲面一定范围内寻求最佳切触点,以达到最大切削行宽;分别采用等参数和等波高2种刀位优化算法,编制了程序;通过实例验证了新算法在避免干涉并获得最大行宽、以及实现等参数和等波高刀轨排列方面的有效性.该技术对于提高航空复杂曲面结构件的加工效率和加工质量具有重要意义和广泛的应用前景.      

在五轴数控机床上刃磨球头铣刀的研究

从机构学的角度,用连杆参数Denavit-Hartenberg表示法,表示了一类(双摆头)五轴数控机床各杆件间的相对位置和姿态,并给出了其机构的位置反解,在其基础上给出了用这类机床刃磨球头铣刀的运动方程.得出了在五轴数控机床上可用两片砂轮通过插补刃磨球头铣刀的结论,用锥砂轮刃磨前刀面,用圆柱面砂轮刃磨后刀面.     

多点切触加工中的局部干涉分析

为了消除多点切触加工刀位计算的局部干涉,通过对中凹端铣刀和工件曲面之间的几何接触状况分析,得到了多点切触加工算法的局部干涉判别条件.利用微分几何得到了多点切触加工刀位中刀具和工件的交线在第一切触点处的曲率半径和刀具曲率半径的比值,结合局部干涉判别条件,得到无干涉的多点切触加工约束的解区域.结果表明无论曲面为何种样式,必须选择第二切触点在曲率较大的主方向附近的解区域中,再使用多点切触加工算法算出的刀位,才有可能不发生过切现象.