镜像铣削加工奇异区域刀具路径优化

在大型薄壁件镜像铣削加工中,由奇异点引起的旋转轴运动不连续会影响加工质量,降低加工效率。针对此问题,分析了镜像铣削加工奇异点存在的原因,提出了一种奇异区域内的刀具路径优化方法。首先,针对镜像铣削系统的铣削头和支撑头分别建立了其旋转轴运动学变换模型,推导旋转轴微分运动关系,据此分析奇异点存在的原因及其对加工质量和效率的影响,定义了机床行程内的奇异区域范围。分析结果表明在镜像铣削系统行程范围内,仅铣削头存在奇异区域,而支撑头不存在奇异区域。然后,在镜像铣削加工刀路约束条件下,基于刀路光顺性指标建立了刀路优化模型。通过在加工曲面参数域内对跨越铣削头奇异区域的刀路进行调整,使得优化后的刀路更加光顺,以提高加工精度和表面质量,减少奇异区域附近的加工时间。最后,通过镜像铣削加工实验验证所提方法的有效性。     

面向大型卫星的可移动混联机器人加工技术

大型卫星结构件加工过程中面临多次吊装和转移风险,针对“卫星不动,工具移动”制造方法定位误差大的问题,提出一种可移动混联机器人加工大尺寸结构件的新方法。基于全向移动平台与机器人视觉引导相结合的粗-精定位策略,采用初步定位和精确定位的“两步定位法”提高移动式混联机器人加工的定位精度。构建可移动混联机器人加工系统,并在大型卫星结构件上开展铣削验证实验。实验结果表明：移动式混联机器人提高了卫星舱体功能面的加工精度,1 600 mm×800 mm范围内4个压紧点的加工平面度达到0.08 mm,共面度达到0.2 mm,距离公差为0.6 mm。混联机器人的高刚度特性为实现卫星舱体高精、高效的原位加工提供了可行性。     

机器人铣削系统精度控制方法及试验

新一代航空航天器大量使用一体化复杂大部件作为主要结构,传统机床难以满足其高质量、高效率、高柔性的加工需求,以工业机器人为载体的加工系统是解决该问题的有效新途径,但面临机器人精度低、刚性差的瓶颈。为提高工业机器人的加工精度,搭建了基于数控系统的机器人铣削系统,提出了关节空间-笛卡尔空间分级精度补偿方法。静载试验结果表明,机器人的重复定位精度由0.154 mm提高到0.039 mm,提高了74.68%;绝对定位精度由1.307 mm提高到0.156 mm,提高了88.06%;轨迹精度由1.346 mm提高到0.181 mm,提高了86.55%,实现了点位与轨迹精度的在线实时补偿。铣削试验结果表明,复合材料舱段铣削精度达到0.22 mm,表面粗糙度优于Ra4.8,机器人铣削系统能够满足航空航天零部件的加工精度要求。     

基于ADAMS的关节型机器人正运动学分析与仿真

对关节型机器人进行了正运动学分析,运用齐次变换矩阵方法建立机器人末端执行器中心相对于基座坐标中心的位姿变换矩阵,得到了机器人的运动学正解.运用ADAMS软件对关节型机器人进行了运动学仿真,实现了所设计的运动,得到了仿真结果.     

一种基于光栅传感器反馈的混联机器人动态精度控制策略

为了有效抑制因减速器和丝杠–螺母副等传动误差及弹性变形等因素引起的跟随误差,提高混联机器人的末端动态精度,利用安装在摆角头减速器输出侧和并联机构从动关节上的高精度光栅传感器,研究混联机器人的动态精度控制策略。在PID+前馈体系架构下,采用Lyapunov稳定性理论,设计出基于光栅传感器和伺服电机编码器位置反馈的控制律,据此构建出混联机器人的动态精度补偿器。以天津大学自主研发的TriMule-200混联机器人为研究对象,开展了试验验证。结果表明,相比于半闭环位置控制,所设计的动态精度补偿器能够大幅提高混联机器人的末端动态精度,动态误差的最大降幅达到82.88%,由此验证了所提出基于光栅传感器反馈的动态精度控制策略的有效性。     

基于经验公式的铣削加工切削力建模研究现状与展望

铣削加工技术是加工航空航天中薄壁件及复杂曲面零件的关键技术之一,可以实现复杂曲面零件高精度、高质量及高效率成形。作为铣削加工的重要现象之一,切削力直接影响刀具的磨损、变形,以及工件的加工效率和质量,为了能够更好地利用切削技术,有必要对切削力的预测进行回顾分析研究。作为铣削力预测技术的关键手段,基于经验的铣削力模型被广泛应用。因此,本研究总结分析了当前关于基于经验的切削力预测技术,综述了切削力系数、未变形切屑厚度、刀具跳动和变形对切削力的影响规律,以期对切削加工质量提供有益参考,最后对该领域未来研究的方向进行了思考。     

三元流叶轮的电弧铣削与机械铣削组合加工

首先介绍了一种实现电弧与铣削组合的加工方法及装备。其次,为验证电弧加工在航空部件生产方面的能力及其对后续精加工工艺的友好性,利用自研的高速电弧放电与机械铣削组合加工专用机床,以具有复杂曲面特征的三元流叶轮样件为例进行五轴电弧铣削与机械铣削组合加工试验研究。结果表明,合理安排电弧加工工序,可以在实现材料高效去除的同时,取得较优的表面质量,电弧铣削中最大材料去除率达14500mm^3/min,小能量电弧加工完成后的样件表面粗糙度R_a为12.5μm,硬度为69.4HRB,较基体硬度未有明显变化,可以很好地适应切削加工要求。后续机械铣削加工过程中,刀具磨损小、加工状态稳定,最终获得粗糙度R_a1.2μm的加工表面,且由于切削余量小,有效抑制了加工变形,样件加工结果达到设计要求,充分展现了该组合加工工艺应用于具有复杂形貌特征的航空发动机零部件制造方面的可行性。     

基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法

镜像铣加工装备及其加工工艺是蒙皮零件加工的有效手段,其特殊工艺对加工刀轨提出了等步距、无交叉、无抬刀且无残留等特殊要求。针对蒙皮零件加工特征的复杂形状,在满足等步距、无抬刀、无交叉的条件下对加工残留区域进行刀轨优化是一个难题。为解决以上难题,本文提出了一种基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法。该方法基于特征将蒙皮零件的工艺信息与几何信息相关联,自动提取加工特征的加工面及其对应的刀轨,将刀轨分割成若干段子刀轨,并构建子加工区域,再利用布尔并运算得到最终可加工区域。然后对加工面区域与最终可加工区域求布尔差识别出加工残留区域,并根据加工残区位置自适应生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的优化刀轨。以典型复杂蒙皮零件验证本文提出的方法,结果表明,基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法可自动识别加工残区,并生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的加工残区优化刀轨,为提高蒙皮零件数控编程效率提供技术支撑。     

基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。     

NC铣削程序加工参数的分析及模拟走刀

介绍了ＣＫＮＣ软件原理及其功能。该软件用于提取和显示ＮＣ程序中的加工信息，用专家系统对加工参数的合理性进行分析，并模拟加工过程，尤其考虑到了飞机结构件的加工特点。     

基于遗传算法的多机器人系统集中协调式路径规划

根据多机器人系统无碰撞运动的需要,对其工作空间进行了分解,确定了机器人运行路线上的各个可能路径点,从而得到了规划空间的多路径点链接图描述。基于这种对规划空间的链接图建模描述,开发了一种混合遗传算法用于寻找多个机器人的无碰撞协调运动路线。仿真结果表明,这种方法可有效地解决复杂规划空间下的多机器人路径规划问题。     

基于三维粗糙度的多向CFRP铣削加工刀具切入角度的优化方法研究

碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastic,CFRP）因其优良的力学性能,被广泛应用于航空航天领域。CFRP的应用在保证飞机刚度强度的前提下,有效地提高了飞行性能,减轻了飞机重量,从而达到了节能减排的目的,提高了航空工业的经济效益。CFRP属于典型的难加工材料,为了保证结构件在多个方向具有一定的承载能力,航空发动机工业中一般采用CFRP多向铺层,这就使得材料的各向异性及不均匀性更为复杂。本文对CFRP单向层合板和两种CFRP多向层合板的铣削加工断裂机制进行了分析,发现CFRP铣削加工时,不同的纤维方向角对断裂机制有较大的影响从而导致了不同的表面质量。其中,弯曲断裂会导致表面质量急剧下降,应尽量避免,并且不同角度下的弯曲断裂的表面质量也具有一定差异。基于此,提出了多向CFRP铣削加工时的刀具切入角度优化方法,并通过试验验证了该方法的合理性,该方法可以有效提高某型号发动机的第一级复合材料风扇叶片的加工质量。     

TC11钛合金插铣加工铣削力影响参数的灵敏度分析

 为优化钛合金插铣加工工艺参数,对铣削力的控制提供试验依据,采用三因素四水平正交试验方法对TC11钛合金进行了插铣试验,运用多元线性回归进行数值拟合,建立了三向铣削力的数学模型。基于此模型,采用灵敏度分析的方法,分别分析了三向铣削力对铣削速度、每齿进给量和铣削深度的绝对灵敏度和相对灵敏度,研究了铣削参数对铣削力的影响规律。结果表明：钛合金插铣加工中,三向铣削力都随着铣削速度、每齿进给量和铣削深度的增加而增加,但影响程度不同;z向铣削力比x向、y向铣削力对铣削参数变化更为敏感;三向铣削力都是对铣削深度的变化最敏感,对每齿进给量次之,对铣削速度最不敏感。     

基于CATIA生成数控加工路径的机器人纤维铺放轨迹规划

纤维铺放轨迹规划是纤维铺放成型中控制加工路径的关键步骤,直接影响复合材料构件的成型精度和铺放效率。本文基于成熟的商业化CATIA数控加工编程软件进行纤维铺放轨迹计算,获取待处理的加工路径,利用矢量补充和格式转换算法解决了铺放轨迹信息与FANUC机器人兼容性差的问题;借助插值算法求出了输送点和剪断点,补充了铺放轨迹信息,进而得到了完整的铺放信息,缩短了开发周期。在基于FANUC机器人的铺放装备上对某飞机舱门进行铺放实验,验证了基于CATIA数控加工技术的纤维铺放轨迹生成方法具有可行性,铺放轨迹结束点位置误差及轨迹间距误差都在±0.5mm之内。     

基于深度神经网络的机器人加工系统模态特性预测

串联式工业机器人具有工作空间大且灵活性强的特点,被广泛应用于飞机蒙皮、航空透明件等大型结构件的加工。然而,工业机器人存在刚度弱、动态特性空间分布差异大的问题,导致其铣削稳定性极限低,不同加工区域的铣削性能变化明显,可供选择的工艺参数窗口狭窄的问题。研究机器人铣削系统加工过程中的动态特性,建立位姿相关模态预测模型对提升机器人加工性能有重要意义。本文以ABB机器人加工系统为研究对象,提出了一种基于深度神经网络的模态预测方法。首先,采用多普勒测振仪对机器人加工系统进行了模态试验,对多阶模态的空间变化加以分析。随后,根据机器人实际工作空间,设计测试试验组从而获取位姿相关的频响函数集,并利用有理多项式法准确辨识相关模态参数。在此基础上,采用超参数优化法建立深度神经网络预测模型,最终实现工业机器人工作空间内位姿相关的多阶模态参数准确预测。试验结果表明,该方法预测精度可达80%以上。     

基于3RRS-Bricard复合空间捕获系统运动学分析

面向跨尺度、目标多样化的空间捕获任务,融合Bricard和3RRS机构的折展特性和几何特点对复合捕获系统运动学进行了分析。基于捕获系统的自由度和构型特点分析,通过构建Bricard与3RRS间的转换关系实现了捕获系统各机构间的运动学解耦。根据六棱柱模型,引入Bricard虚拟顶点,设计了面向复合空间捕获系统的运动学求解方法。在仿真环境下搭建捕获系统的运动学和动力学模型,并开展针对动态捕获目标的轨迹跟随实验。通过与基于闭环约束的阻尼最小二乘法（DLS）对比,验证了该运动学求解算法的有效性和先进性。实验结果表明,捕获系统可实现平稳的协同控制,运动过程中位置跟随精度优于4 mm,姿态精度优于0.035 rad。     

DP165高速铣削中心在叶片精铸模具加工中的应用及UG软件编程方法的探讨

首先简要介绍了DP165高速铣削中心的结构特点,然后以加工精铸叶片模具榫头部分零件来介绍UG软件如何编程和机床的实际应用情况。     

基于运动学方法的某型飞机增升机构装配特性计算与分析

针对某型飞机增升系统襟翼机构装配尺寸超差问题,提出基于机构运动学分析方法的襟翼机构装配特性研究技术方法。在建立该型飞机襟翼系统主要结构三维模型的基础上,采用运动学计算实现了襟翼机构收放过程的富勒运动仿真,该过程襟翼两端开度计算值与实测值吻合良好。开展襟翼装配仿真计算,将等效可调参数作为设计变量,通过水平正交试验得到襟翼装配尺寸特性和响应面规律,指导实际装配调试工作。     

基于运动学的高速高精密铣削力建模：综合模型与试验

高速高精密铣削加工中铣削力是最重要的过程参量之一,铣削力信息的准确反馈对保证加工过程中的稳定性具有十分重要的意义。然而,影响铣削力大小的因素有很多种,目前缺乏一种考虑多种因素下的综合铣削力模型。因此,着重研究并综合考虑了刀具磨损、刀具跳动、刀具弹性变形对瞬时切削厚度的影响,同时分析了弹性变形对刀具切入与切出角的影响规律,改进了刀具瞬时切削厚度模型。基于运动学分析,将切削刃位置与预加工工件形态相互统一,建立了综合铣削力模型。为验证所提出综合模型的精确性和通用性,进行铣削实验,实验结果表明,铣削力预测值与实验值吻合较好,铣削力误差值小于1%,并通过分析刀具磨损与铣削力之间的相互变化关系,得出进给方向上的铣削力与Z向的铣削力系数对刀具磨损的影响最大。因此,切向力分量以及Z向的铣削力系数的变化特征可以较好的表征刀具磨损状况,从而提高铣削加工精度和效率。     

基于改进人工势场法的服务机器人路径规划

人工势场法是服务机器人路径规划算法中一种简单有效的方法.针对传统人工势场法存在的目标不可达问题,通过在原来的斥力函数中加入一个调节因子的方法解决,同时采用遍历搜索法解决局部极小值问题,并引入安全距离以及改进调节因子以提高机器人路径规划过程中的安全性能.最后,利用Matlab软件将改进后的人工势场法应用于服务机器人路径规划并进行了仿真实验.仿真结果表明,基于改进人工势场法的服务机器人路径规划有效地解决了机器人不能到达目标点的问题.