一种基于曲率平滑预调点约束的五轴高速数控加工路径NURBS拟合优化方法（英文）

现有的曲线拟合算法主要集中在拟合误差的控制上,而忽略了在刀具路径的高曲率区域中原始离散刀具位置点取点不足的问题。这可能会导致进给轴驱动力的突然变化,从而导致进给速度的大幅波动。本文提出了一种基于曲率平滑预调点约束的NURBS曲线拟合优化方法。首先,通过对CAM软件生成的大量微线段优化分段,再对分段区间短线段进行曲率平滑调整;然后,构建反映拟合曲线曲率变化的特征点集作为拟合曲线的控制顶点,运用基于曲率平滑预调点约束的NURBS曲线拟合方法进行曲线拟合;最后,结合实例进行了拟合误差和曲线波动性分析,验证了该方法可显著改善高曲率刀具路径的曲率平滑性,减小拟合误差,提高进给速度。     

基于双NURBS的角度平滑插补算法研究与实现

针对五轴数控微小线性段加工,因驱动器速度变化,导致速度转换点处加速度和加加速度不连续,致使工件表面加工存在不连续的问题,提出一种基于双NURBS的角度平滑插补算法。通过样条曲线拟合,计算出最佳控制点,提高刀具中心点轨迹拟合精度,达到表面加工光滑。仿真结果表明:采用该算法能够改善刀具运动的平滑度,提高模具和工件在五轴加工中的精度。     

叶轮流道5轴高速铣加工刀轨计算

为适应叶轮流道的高速加工,提出了一种新的端面铣削5轴加工刀轨生成算法。该算法首先提取原加工刀轨面的上下边界边,接着采用5次NURBS曲线拟合此上下边界边,然后顺序地连接上下NURBS曲线的型值点,最终生成了全程C2连续的刀位曲线和空间平滑变化的刀轴矢量,应用于Superm an CAMⅡ原型系统中。经测试,该算法的运行速度已接近于UG,所生成的加工刀轨加工材料为铝合金的叶轮流道,刀具能以转速5 000r/m in以及进给速度600 mm/m in平稳地进行精加工,满足了高速走刀的要求。     

基于铣削力仿真的离线进给速度优化技术

为提高数控加工效率和改善加工质量,针对数控铣削加工参数优化同题,以球头刀具为研究对象,提出基 于铣削力仿真的离线进给速度优化方法.提出的方法通过建立各个加工工序相应的铣削力优化目标模型,采用 铣削力仿真的手段,预测数控铣削加工中产生的瞬时铣削力,根据各个加工工序建立的铣削力优化目标控制加 工过程中瞬时铣削力的变化,以提出的给定最大铣削力、给定参考铣削力和给定铣削力范围方法对各个工序进 给速度进行优化.给出了各进给速度优化方法的具体实现步骤,进给速度优化后自动修改NC(Numerical Con-tr01)程序反映优化结果.应用实例证明了提出的基于铣削力仿真的进给速度离线优化算法的有效性.     

低空突防用数字地形的平滑处理

数字地形是自主式 GPS/ MAP地形跟随 /地形回避 (TF/ TA)低空突防系统的主要信息来源之一。考虑到飞行器机动能力的限制和飞行的安全性 ,必须对实际地形进行平滑处理。文中首先提出了一种改进型的曲率限制平滑算法。在此基础上 ,给出了一种综合的坡度曲率限制平滑算法 ,它使平滑后的地形不仅满足飞行器纵向机动能力的限制 ,而且较贴合原地形也较原地形高。从而使得在平滑后的地形上进行实时航迹优化是安全可靠的。同时 ,由于平滑后的地形有坡度的限制 ,使实时航迹优化过程中对飞行器在各个方向的离地间隙的限制转化为只要限制飞行器的纵向垂直离地间隙 ,简化了实时航迹优化算法 ,从而易于工程实现。仿真结果表明 ,该算法是有效的。     

高速钻削复合材料的切削力

采用多种硬质合金钻头,在高转速和不同进给速度条件下对碳纤维/环氧树脂复合材料进行孔加工正交试验,通过研究其轴向力和扭矩以分析刀具条件和切削参数的适应性.结果表明:主轴转速是影响轴向力和扭矩的最主要因素,高转速钻削时轴向力和扭矩都显著减小;减小进给速度也使轴向力和扭矩减小,但其影响小于主轴转速.此外,钻头材质对轴向力和扭矩的影响大于钻头几何形状和进给速度;进给速度对轴向力的影响较大,而钻头几何形状对扭矩的影响较大.     

基于平底刀切宽张量的曲面分区加工轨迹生成方法

为提高曲面端铣加工的效率,在保证加工质量的前提下,应尽量保证刀具在各切触点处沿切宽最大的进给方向运动。复杂曲面上各点处的切宽最大进给方向常呈现区域化分布规律,基于单个加工区域的传统端铣轨迹生成方法仅能得到局部优化解。本文给出了平底刀端铣曲面切宽张量,将切触点处的最优进给方向求解转化为张量特征方向的求解,并基于切宽张量场的退化性质,提取三分退化点为曲面多个加工区域的交点,进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界,将曲面划分为一系列加工区域,各加工区域的最优进给方向分布连续,分别生成各区域的加工轨迹。该方法在CATIA CAM系统中实现,选例进行了应用验证,与传统的曲面加工轨迹生成方法相比,基于切宽张量的平底刀端铣分区加工方法显著提高了加工效率。     

考虑弹性变形时的球头铣刀切削力模型的研究

在实际的切削过程中,切削系统的弹性变形不可避免,需要考虑弹性变形对切削力计算的影响,本文着重研究了刀具的弹性变形对切削力的影响机理,从分析刀具变形影响切屑厚度角度入手,研究了球头铣刀切削力计算模型和方法,建立了刀具弹性变形模型并基于刀具弹性变形模型的切屑厚度数学表示,分析了刀具的瞬时变表反馈和延滞性再生变形反馈对切削力具有的双重作用,建立了切屑厚度与刀具变形量,刀具进给等切削参数之间的数学关系,基     

自适应加减速控制的NURBS曲线插补算法

通过对轮廓误差引起的速度变化曲线分析,提出了自适应加减速控制的NURBS曲线插补算法,在插补预处理中对进给速度突变的敏感区域进行加减速控制。应用该算法,在保证系统加工精度的基础上,自适应地调整进给速度,使进给速度变化趋于平滑,有效地避免了进给速度一阶或二阶导数的变化对伺服系统造成的机械冲击。通过NURBS曲线插补的实例,验证了该算法的可行性和有效性。该算法同样可以应用于其他参数曲线的轨迹规划。     

用于高硬度模具钢SKD11的铣刀几何角度优化及试验

在切削淬硬模具钢SKD11中,为开发和选用与生产条件相匹配的具备优化几何角度的高性能铣刀,对专用于高硬度模具钢SKD11铣刀的几何角度进行了优化及试验分析.设计了4类不同几何结构的TiAlN复合涂层铣刀.从切削力、切削振动、切削变形、铣刀耐用度以及铣刀磨损机理等方面对这4类铣刀高速铣削SKD11过程进行了研究,综合评价其铣削性能,确定了在常用的高速加工生产条件下的优化铣刀.所选择的优化槽形铣刀具的寿命比之其他刀具延长3倍,在切削力和切削振动方面,该刀具具有最稳定的表现,而且大小较其他刀具下降70%.     

散乱点云数据的曲率估算及应用

提出一种直接在散乱数据点云上计算曲面的局部微分性质,包括平均曲率、高斯曲率和主曲率。首先,计算各点的邻近点集,选取合适的局部基础曲面。把邻近点集投影到相应的局部基础曲面。然后,在以局部基础曲面内投影点的参数化代替空间邻近点集的参数化的基础上。用二次参数曲面逼近空间邻近点集,从而计算出各点的法矢,再对不协调的法矢方向进行调整。最后,利用曲率公式计算出各点的曲率。试验表明这种方法可以较好反映曲面的特征。运用该曲率算法对海量数据进行了简化。     

微小孔加工试验及刀具磨损机理

由于钛合金和印刷电路板的难加工性使得微小孔的加工精度和表面质量难以保证,刀具技术成为提高加工效率的主要障碍。本文应用3种不同涂层钻头对钛合金和印刷电路板进行微小孔钻削对比试验,研究了进给速度与切削力和扭矩的关系,分析了刀具的磨损特征以及孔的表面质量和孔入口处的毛刺情况。结果表明:钻削印刷电路板的临界进给速度为1 591.2 mm/m in,涂层对钻削力和扭矩的影响不明显;类金钢石(DLC)涂层硬质合金钻头比普通硬质合金钻头和T iC涂层硬质合金钻头更适合加工钛合金材料微小孔。     

弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的动力学分析

以弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的分析与简化为基础,建立了动力学模型,利用M atlab6.0对加工系统进行了动力学仿真与分析。在凸轮切削加工过程中,振动最强烈的区域发生在切入阶段和切出阶段;与凸轮非分度区廓形加工相对应的扭振振幅小且稳定;切削用量对加工系统的动力学响应有明显的影响,工件进给速度、刀具轴向最大切削深度越小,系统的振动越弱,刀具(主轴)转速提高,工件子系统振动减弱,刀具子系统的振动增强;生产效率相同时,刀具轴向最大切削深度减小,更能有效地减弱切削加工系统的振动。     

三维碎片拼合的轮廓提取和特征点检测

针对三维空间碎片的拼接,提出一种轮廓提取和特征点检测的方法。首先,采用一种简单、有效的方法来构建三维碎片数据的拓扑关系,并在此基础上提取碎片的轮廓曲线。对存在缺陷、拓扑关系难以建立的三维测量数据,中给出了相应的修改、调整方法。同时,提出了一种对轮廓进行重采样的方法来计算空间轮廓上每一点的曲率和挠率。将曲率和挠率相结合得出轮廓曲线上各点的全曲率,然后由全曲率值来检测碎片轮廓的特征点。轮廓曲线的描述就由其上每一点的曲率和挠率以及特征点来表征。实验表明了该算法的有效性和稳定性。     

面齿轮传动的承载接触分析

为了促进高性能面齿轮传动技术的发展.对点接触面齿轮传动进行承栽接触分析.建立了点接触面齿轮传动的坐标系,推导了传动中接触点方程,实现了传动中面齿轮上接触点位置的仿真.利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了传动中圆柱齿轮和面齿轮上接触点处主曲率的变化规律.根据布希涅斯克问题的求解方法,给出了传动中面齿轮上接触区域的椭圆长、短半径、中心最大变形量、最大压应力以及载荷分布的方程,分析了接触中心最大压应力的变化规律,实现了接触斑点的可视化仿真.     

自识别加工残区的高速铣削刀轨生成算法研究

针对高速铣削的特点和工艺要求，提出了适合高速铣削的粗加工环切刀轨生成算法。该算法不仅能自动识别加工残留区域，而且能保证刀具在加工过程中以恒速进给。这对延长刀具寿命、降低主轴振动、精简工序提高型腔加工生产率都有很大益处。该算法已应用于Superman 2000高速铣加工模块，实践表明，此算法计算速度快，健壮性好。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

平面非规则曲线匹配的一个判定条件

在平面非规则曲线匹配问题中，扫描平面非规则曲线而可以得到一系列不连续的点，如何尽量准确地求取这些点的曲率是一个难题。把相邻3个不连续点看作一段圆弧上的3点，在此基础上提出了一种求取3点中中间插值点切线的斜率的一种算法，并把这个斜率用到三次Hermite插值曲线中．求取插值点的曲率，每个插值点的曲率由相邻的4个点决定。两条平面非规则曲线上时应点的曲率相等则这两条曲线匹配。最后用扫描碎纸片的几组数据进行了实验，实验结果表明该算法是可行的。     

WC-Co硬质合金喷涂层的高速车削机理与技术

WC-Co硬质合金喷涂层是刀具材料的主要成份,难以用普通刀具对它进行车削加工。本文分析了这种喷涂层与超细晶粒刀具材料在结合强度上的差别,研究了高速车削的合理性与可行性。本文还深入讨论了刀具材料、特定的切削用量优化指标以及刀具几何参数确定等实际技术问题。     

基于LOFC时间窗分割算法的航迹聚类研究

针对传统聚类算法在聚类过程中缺乏时间信息而仅考虑三维坐标点的聚类,同时未考虑航空器运行速度和航向变化对聚类结果的影响,以及由于二次雷达机载设备、地面设备和信号遮挡等原因造成的实测数据源中存在离群点异常数据,离群点很难被有效识别出来从而使得非正常航迹点的影响放大,得不到理想的聚类效果等问题。本文提出LOFC算法,引入时间窗分割概念,将航空器进场平均速度值和航向变化值作为确定聚类簇大小的影响因子对进场航空器航迹点数量进行分割,引入离群点检测以及离群点剔除率等概念对离群点进行识别和剔除。对进场二次雷达数据仿真分析,从仿真结果中可以看出,新算法能有效地对离群点进行识别和剔除,当影响因子α取值为0.7时,航迹的曲率最小,得到的中心航迹的平滑程度最佳,验证了新算法对于聚类和离群点识别与剔除具有可行性和优越性。