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.     

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.      

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.     

钻尖数控刃磨中的尾隙角研究

通过对尾隙角的分析研究,提出了作用尾隙角的概念,给出了作用尾隙角的计算方法,研究了刃磨参数对作用尾隙角的影响.给出了作用尾隙角在数控刃磨求取刃磨参数中的应用方法.研究表明,尾隙角是关系到钻头钻削性能的重要参数,数控刃磨中的几个刃磨参数对它的影响程度由大至小的次序为θ、C_y、σ、ω、C_x.     

麻花钻钻尖锥面刃磨参数优化求解

麻花钻锥面刃磨方法有4个刃磨参数,当给定外缘转点的结构圆周后角、横刃斜角、锋角这3个结构参数时,后刀面的形状并不唯一.为了获得唯一的后刀面廓形,必须增加一个辅助参数.可供选择的补充参数有尾隙角、横刃后角、周边后角、切深后角等.这样,当给定一个补充参数后,4个设计参数就可以决定4个刃磨参数.然而单独使用某一个补充参数,就忽略了其余参数的影响.采用优化的方法来求解刃磨参数,将各个补充参数和刃磨参数的实际可调范围作为约束条件,就可以得到满足一定要求的最优解.     

四轴端刀无干涉刀位点计算

针对四坐标端刀加工,提出一种新的干涉检测和排除方法.该方法基于曲面的多面体模型,用解析法判断刀具与曲面是否干涉,并给出排除干涉的计算公式.最后给出四轴端刀无干涉刀位点计算的算法,实例表明该方法稳定高效.     

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。     

CFRP/钛合金叠层构件陀螺铣孔方法

陀螺铣孔方法在普通螺旋铣孔的基础上,通过将铣刀倾斜一定的角度,使其在自转的同时围绕孔中心轴线做圆锥摆动式公转,以减少轴向力、提高制孔质量。利用陀螺铣孔方法对碳纤维增强复合材料（CFRP）/钛合金叠层构件进行制孔,分析了陀螺铣孔方法下制孔入口和出口阶段的材料去除速率、刀具侧刃和底刃的切削比例、底刃速度零点等。与普通螺旋铣孔相比,陀螺铣孔方法不会引起制孔入口和出口阶段材料去除速率的突变、其侧刃和底刃切削比例变大、底刃速度零点不进行切削。通过试验研究了制孔轴向力、切削温度的变化情况,发现陀螺铣孔方法可显著减小轴向力和切削温度。利用扫描电镜（SEM）对孔壁的表面质量进行了观测,发现陀螺铣孔方法可以消除CFRP孔入口部位的分层现象,且CFRP和钛合金材料的过渡部位也未产生明显的损伤。研究结果表明,陀螺铣孔方法有助于提高CFRP/钛合金叠层构件的制孔质量,具有潜在的工业应用价值。      

并联磨床加工螺旋槽的磨削参数设计

螺旋槽的加工是回转体刀具加工的重要组成部分,其形状参数(尤其是前角、槽深和槽宽)对刀具的切削过程有很大的影响.基于6-UPS并联机床,在分析并联机床加工工艺特性的基础上,按照螺旋槽加工中砂轮与刀具的相对运动关系,建立了螺旋槽加工运动的理论模型,对可能影响螺旋槽成形的因素进行了全面分析.进而建立了一个仿真模型,可以对所有的磨削参数进行快速的定量设计和优化,主要包括砂轮偏转角度、砂轮厚度、砂轮轴向平移位置和螺旋槽深度,并通过加工实验进行了验证.     

机床立柱高比刚度结构仿生设计

提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行重新设计,使其发挥骨架的作用.对原型及仿生型立柱进行了静力、模态及瞬态动力学分析,经过有限元分析发现,立柱的质量减小,比刚度结构效能得到了较大的提高,其静动力学性能也有明显的改善.      

智能测量系统的模块实现

设计智能测量系统主要用于动静态角度的自动连续测量,包含两个主要功能模块:一是基于CPLD,实现对AD的控制,将被测信号数字化处理,同时负责向工控机传送数据;另一个是基于PC104工控机,设计智能测量系统数据处理软件,利用工控机计算被测信号的频率、幅值、失真度和输入信号相位差,实现了测量系统数据处理的自动化。     

虚拟原型技术及控制工程中的虚拟原型机

虚拟原型技术是当前设计、制造领域中的一个新技术,数字式的虚拟原型机将在很多场合替代物理原型机的使用,大大缩短设计周期,节约设计经费。在控制系统设计中,虚拟原型机可以分成３个层次,分别完成控制律的设计,控制软件的开发和控制系统的定型验证的任务。飞行控制系统虚拟原型机是建立在局域分布式仿真基础上的全数字式,并有接入实物的能力的仿真环境。为实现飞控计算机的虚拟原型机,硬件上构筑由多台计算机构成的主从结构     

基于Labview的功率计自动校准系统

设计开发了微波功率计在PC机上的自动校准系统,该系统基于Labview在PC机上进行通信控制和数据处理。文中给出了校准原理、程控技术和程序实现过程。该校准因子自动校准系统现已运用到实际工作中,其相对于手动测试,提高了测量速度和效率,测试数据量大,实用性强。     

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。      

四轴飞行器姿态监控系统设计

设计了一套四轴飞行器上位机监控系统。针对准确掌握四轴飞行器的实时姿态、位置等信息和对四轴飞行器进行精准控制两大核心问题,开发了由上位机实现四轴飞行器姿态数据采集、通信及控制等功能的监控系统。监控系统良好的功能设计和友好的人机界面使得用户能够准确掌握飞行器的飞行信息,从而能够更精准地控制四轴飞行器飞行姿态。实验验证,监控系统简单实用,性能稳定,精度高,使整个飞行系统抗干扰能力强,鲁棒性、稳定性好。     

基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法

传统的仿真系统一般采用Matlab/Simulink进行建模,Simulink模型可以在仿真环境下模拟真实环境下的系统架构和动态数据交互,也可以动态模拟真实目标机的运行。在Simulink建模体系对目标机系统的仿真中,其自身的时钟步长和数据流处理逻辑,可能与真实物理环境要求的系统有一定的出入,不能完全模拟目标机的内部ALU逻辑和真实外围设备工作行为,从而造成一定程度的失真,影响仿真效果。提出了基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法,包含虚拟目标机能够实现对真实物理目标机运行功能的完全模拟,结合协同仿真组件和Simulink模型对各个子系统单元的动态建模仿真,全面验证软件的功能,增加了卫星控制软件的可靠性和安全性。     

嵌入式软件的动态测试

软件测试是软件质量保证的重要手段。构建了基于软件测试工具Testbed/RTInsight针对PC104系统的实时嵌入式软件测试环境。以俄罗斯方块的C程序为例,进行PC104系统的软件动态测试,最后给出了动态覆盖率及性能分析的实验结果,和性能分析能记录分析程序中每个函数的最大运行时间,最小运行时间,总的运行时间以及运行次数。     

Development of autonomous control in a closed microbial bioreactor.

Space-based life support systems which include ecological components will rely on sophisticated hardware and software to monitor and control key system parameters. Autonomous closed artificial ecosystems are useful for research in numerous fields. We are developing a bioreactor designed to study both microbe-environment interactions and autonomous control systems. Currently we are investigating N-cycling and N-mass balance in closed microbial systems. The design features of the system involve real-time monitoring of physical parameters (e.g. temperature, light), growth solution composition (e.g. pH, NOx, CO2), cell density and the status of important hardware components. Control of key system parameters is achieved by incorporation of artificial intelligence software tools that permit autonomous decision-making by the instrument. These developments provide a valuable research tool for terrestrial microbial ecology, as well as a testbed for implementation of artificial intelligence concepts. Autonomous instrumentation will be necessary for robust operation of space-based life support systems, and for use on robotic spacecraft. Sample data acquired from the system, important features of software components, and potential applications for terrestrial and space research will be presented.