基于椭圆路径的光学镜面超精密研磨技术研究

利用基于椭圆成形方法建立的二次回转曲面加工误差模型,并用最小二乘方法建立了二次回转曲面铣磨误差辨识模型。考虑到各项误差对面形误差影响的相似性,分析了合并、分开辨识相似误差所引入的误差,以此得到处理相似误差的策略。     

基于数据拟合提高非球曲面面形精度的方法

介绍了采用LVDT在线测量非球曲面的原理,并给出最小二乘数据拟合处理方法;通过试验加工球面和非球面元件,利用LVDT测量头进行在位检测,评估面形精度,经数据拟合插补和误差控制,并采用激光干涉仪测量验证后表明,该算法可以应用于高精度非球面测量及加工误差补偿程序,以提高非球曲面加工精度.     

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。     

基于环面刀具的叶片过渡区域宽行加工技术

基于“最短距离线对”(SDCP)刀位误差分布计算原理,提出了一种利用圆环面刀具来进行叶片过渡区域的宽行加工的刀位优化数学模型.以圆环面刀具的环心圆前沿上的各点到被加工曲面等距面的误差在控制范围内,后沿上的各点到被加工曲面等距面的误差大于零,以及环心圆上的各点到相邻曲面等距面的误差大于零作为刀位计算的约束条件,以行宽作为...     

基于CATIA二次开发中点误差控制算法实现及其应用

目前,航空企业中普遍存在大型模具曲面加工效率低和加工质量差的问题。为解决上述问题,本文提出了一种以高效的五轴数控加工算法——中点法为基础的解决方案。首先,分析中点误差控制算法的基本原理。然后,基于CATIA二次开发平台,通过利用C++语言编程来实现中点误差控制算法,并集成到CATIA V5的曲面加工模块。最后,以典型的航空蒙皮模具曲面为例进行了加工试验。结果表明,该算法不仅能够大幅提高蒙皮模具曲面的加工效率,而且改进了模具曲面的加工质量,并缩短后续手工抛磨的工作量。可见,该方法具有较强的工程应用价值,且能在航空企业内部进行推广应用。     

大型不规则椭球回转面的曲面重构与仿真加工

提出了大型不规则椭球回转面的一种新的曲面重构与仿真加工方法。基于GeomagicStudio软件,处理大型不规则椭球回转面的采集数据点云,重构了实测曲面的等距面模型;采用Pro/E对实测曲面的等距面模型进行等距操作,生成实测曲面模型;利用GeomagicQualify软件对实测曲面的等距面模型相对于原始数据点云,以及实测曲面模型相对于理论曲面模型进行误差分析;最后利用Pro/NC模块对实测曲面模型进行数控编程和仿真加工。研究结果表明,该方法提高了大型不规则椭球回转面的曲面重构精度,生成的标准数控加工程序具有可移植性,解决了原加工方法对专用设备的依赖。     

基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法

目前环形刀具的刀位算法均未考虑圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角,因而在理论上存在较大的编程误差。针对实际使用刀具为非圆截面环形刀具的情况,通过对环形刀具的截面曲线进行分析,提出了一种基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法。首先利用经线法求解出刀具表面和工件曲面之间的误差分布,然后根据此误差分布来调整刀具位置和姿态,使刀具表面与设计曲面在不发生干涉的情况下实现密切接触,从而得到刀具在指定定位点处的最优刀位。仿真结果表明,传统的五坐标刀位算法会产生较大的加工误差,而本文提出的算法消除了圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角所引起的加工误差,可有效提高复杂曲面的加工精度并获得满足给定编程公差的优化刀位。     

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）。     

端点误差控制刀位算法的改进

 对端点误差控制数控加工刀位算法进行了改进：采用2个端点间偏置距离代替它们的参数差值用于衡量加工带宽和进行加工误差控制,提出了一种新的采用循环迭代计算刀具旋转角度的方法,并给出了格点法对偏置方向角进行优化的过程;使得算法不受具体的曲面参数化方式影响,简化了刀具定位时计算量,刀位得到了充分的优化。利用UG二次开发技术进行的实例计算表明：设置走刀方向沿着曲面的最小主曲率方向比沿着曲面的最大主曲率方向加工带宽更宽,前者应该是该算法的最优走刀方向,而且沿着最优方向走刀的优化刀位和多点切触加工算法得到的加工刀位一致,该算法也比多点切触加工算法有更大的适应性。     

非球面超精密车削过程中的轮廓补偿控制方法

介绍了一种可提高非球曲面超精密加工机床的轮廓跟踪精神匠误差补偿控制方法。该轮廓补偿控制器是机床轮廓位置伺服系统的一部分，它以二交一代替原微直线段来逼近给定轮廓，可提高系统的轮廓逼近精度，并减小插补数据不连连对伺服系统的冲击，从而最终提高轮廓的加工精度。     

基于刀具摆动进给的非球面加工形貌仿真

本文以设计的基于刀具摆动进给的非球面加工机床为基础,建立非球面加工形貌仿真模型。以抛物面零件为实例,进行非球面的加工仿真。仿真结果表明,摆轴的仰角误差是影响加工表面的面形精度的重要因素,而其对表面的粗糙度的影响不大。     

基于萤火虫算法的CFRP材料铣削刀具结构优化

为了提高CFRP零件的加工表面质量和刀具寿命,针对其铣削加工的刀具结构进行了优化。设计了刀具结构参数与CFRP材料铣削加工表面粗糙度、后刀面磨损量之间的正交试验。应用极差分析法分析了刀具结构参数对CFRP材料加工表面粗糙度、后刀面磨损量的影响规律,并应用多元线性回归法建立了刀具结构参数与表面粗糙度、后刀面磨损量之间的数学模型。基于此模型,采用FA萤火虫算法,优化了刀具的结构参数,并进行了实验验证。结果表明:在试验参数范围内,刀具结构参数对于CFRP工件铣削表面粗糙度的影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具的后角、螺旋角和前角增大时,工件的表面粗糙度都呈减小趋势,但减小的快慢程度不同;刀具结构参数对于后刀面磨损影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具后角增大时,后刀面磨损量迅速上升,当螺旋角增大时,后刀面磨损量减小,当刀具的前角增大时,后刀面磨损量先减小后增大。采用FA萤火虫算法优化后的刀具结构对CFRP材料进行铣削实验,实验结果值与建立的模型预测值误差较小,表面粗糙度的误差率为3%,刀具后刀面磨损量的误差率为7.6%。     

自由曲面侧铣刀具轮廓与轨迹同步优化方法

针对自由曲面侧铣加工中轨迹规划困难、加工精度难保证等问题，提出了一种自由曲线母线类刀具的外形轮廓设计方法。该方法在优化刀具轮廓的同时，充分考虑了加工过程中的工件精度和刀轴光顺性问题，实现了自由曲线母线类刀具的形状设计和对应侧铣加工轨迹的生成。首先，通过分别定义刀具轮廓母线和刀轴轨迹面实现对刀具形状和侧铣加工轨迹的表达，并由此计算切削行上刀具工件干涉量来评价加工误差，以刀轴轨迹面能量评价刀轴光顺性，建立了基于加工误差和刀轴光顺性的刀具轮廓与加工轨迹的同步优化模型；其次，为实现对同步优化模型的求解，给出了基于序列逼近法的求解策略，以及优化初值中刀轴轨迹面控制参数和刀具轮廓控制参数获取方法；最后，分别通过加工轨迹规划实验和刀具轮廓设计实验，验证了本文算法在在自由曲面四轴侧铣加工刀具轮廓设计与加工轨迹优化中的正确性及有效性。研究成果为提高自由曲面类零件侧铣加工精度、实现侧铣加工刀具轮廓设计及侧铣加工轨迹规划提供了一种有效的方法和手段。     

伺服加工平台的综合误差建模与补偿

伺服加工平台的几何误差是影响工件加工形貌精度的重要因素。在多体系统理论的基础上,首先,运用低序体阵列描述伺服平台多体系统的拓扑结构,建立各相邻体间的齐次变换矩阵,构建其综合误差模型;其次,利用雷尼绍测量系统对平台的定位误差、直线度误差、俯仰误差、偏摆误差以及两轴之间的垂直度误差进行辨识,将辨识得到的误差值代入构建的模型得出平台几何综合误差;最后,选择凸锥面、平面、球面3种面型工件补偿试验,对误差模型进行原理性验证。研究表明,经补偿后加工所得3种面型工件表面精度均提高了25%左右,证实了提出的补偿方法可用于伺服加工平台几何误差控制。     

光学自由曲面加工机床换刀误差辨识与补偿机制研究

为了达到光学自由曲面加工机床的精度要求,进行机床快刀伺服系统换刀误差的辨识与补偿。首先对机床快刀换刀误差进行理论分析,得到其对加工成形点的影响。再对快刀系统进行几何建模以及刀具轨迹建模,从而进行工件表面微观形貌预测,得到换刀误差影响规律,进而设计检测方案以及换刀误差补偿方案。通过在matlab中进行换刀误差加工补偿建模,得到补偿后面型PV值为0.04μm,补偿效果良好。     

超高强度钢立铣工件温度分析及对加工表面质量的影响

以航空难加工材料300M钢为研究对象,基于立铣加工中的工件温度判断在铣削加工中是否出现了金相组织转变,进而分析不同工况下影响加工表面质量的因素。首先,将移动热源法应用于铣削加工中,计算考虑后刀面磨损的立铣加工工件温度,实验表明,计算值与实验值相比误差在10%以内。然后,分析了工件温度在时间上与空间上的分布,以及不同刀具磨损和加工参数条件下工件表面的温升规律,据此预测加工表面是否出现了组织转变,并结合金相组织观察进一步确认。最后,依据加工表面质量物理层面残余应力和显微硬度的检测数据,初步探讨了各因素对表面质量的影响。结果表明,在研究的加工参数范围内,并未达到金相组织转变温度,表面质量主要受铣削热力作用下的剪切面塑性凸出效应、后刀面挤光效应和热效应的影响。     

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。     

基于包络理论的刀位误差快速求解算法

 针对五坐标数控加工中刀位误差计算效率较低的问题,提出了一种基于包络原理的刀位误差快速计算方法。首先,通过描述刀位误差与最短距离线段的关系建立两者的关系式。其次,将工件曲面沿进给方向离散成若干条截型线,基于包络原理推导出工件曲面截型线到刀具曲面的距离最短点应满足的基本方程,通过求解该方程获得最短距离线段和刀位误差,建立误差分布曲线。最后,分析了W形和V形误差分布曲线的特点,对曲面截型线离散精度的确定方法进行了研究。在此基础上,设计了计算流程,开发了计算程序,算例结果表明:所提方法与原方法相比,计算效率有了很大的提高。