基于测量数据的雕塑曲面数控粗加工

提出一种新的雕塑曲面数控粗加工刀位规划方法。被加工曲面用多面体模型来描述 ,采用分层切削方法加工。在各切削层分别用一个参考平面与毛坯和曲面模型求交 ,根据各相交环之间的拓扑关系 ,求出有效加工区域 ,利用数控编程自动生成粗加工刀具轨迹 ,并进行干涉检查和修正。该方法成功地解决了层切法加工雕塑曲面时不能处理岛中岛的难题。     

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。     

单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究

为提高单点金刚石车削单晶硅的表面质量,以表面粗糙度为优化目标,设计正交切削实验,过方差分析、响应曲面分析和极差分析研究主轴转速、进给速度和切削深度对表面粗糙度的影响。结果表明：主轴转速对表面粗糙度影响显著,其贡献率最大,主轴转速越大,表面粗糙度值越小;建立表面粗糙度回归模型,主轴转速和进给速度的交互作用对表面粗糙度的影响最大;获得最优切削参数组合,即主轴转速3 300 r/min,进给速度2 mm/min,切削深度5 µm。在此切削条件下,获得了表面粗糙度Ra 2.7 nm的高质量单晶硅元件,在扫描电镜下观察其表面相对光滑,切屑呈带状,材料在延性域内去除。     

航空结构件典型特征的虚拟高性能加工研究

航空整体结构件由不同的典型特征构成,对整体结构件加工性能的研究,可以通过分别对典型结构特征的加工性能进行研究,然后再组合特征进行特征关联研究的方法实现。虚拟加工是研究切削加工过程的重要仿真方法。在虚拟环境下构建由典型特征组合而成的被加工零件,然后分别应用大进给铣削和大切深铣削两种高性能加工策略进行加工仿真试验。试验结果显示:大进给铣削策略下的主切削力、切削功率和材料去除率明显小于大切深铣削策略下的,并且大进给铣削策略下的比能耗在转角特征处出现明显的突变点。分析发现,由于在转角特征处频繁升降进给速度,使得大进给铣削策略下的材料去除率与理论值出现较大偏差。     

飞机结构件数控加工精度控制关键技术

在飞机结构件加工中,大量应用五轴联动数控装备。企业装备的数控机床随着服役年限的日渐增长,普遍存在精度衰减问题,新一代飞机结构件进一步向着整体化、大型化、复杂化、薄壁化、轻量化方向发展,加工过程极易出现尺寸超差,以及因加工工艺不稳定而造成的表面质量缺陷等制造精度问题。加工精度还受到切削载荷、切削稳定性、刀具误差、工件变形、夹具变形等复杂因素的影响,飞机结构件切削工艺的一致性和稳定性差,极易因刀具磨损、破损、切削颤振而引起加工精度问题。国内外学者在数控加工精度控制方面开展了大量基础研究并取得丰硕成果。本文从数控机床误差建模方法、误差补偿方法、加工精度预测与控制、表面粗糙度预测与控制4个方面分别阐述,并结合飞机结构件的特点提出其数控加工精度控制关键技术需求。     

现代模具高速切削工艺研究

目前，切削加工仍是当今主要的模具加工方法，在模具制造业中有着重要的地位，但是，如何提高其效率、精度、质量成为传统切削加工面临的问题。上世纪90年代后，以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削（High Speed Cutting，HSC）已经成为现代切削加工技术的重要发展方向之一，也是目前模具制造业中一项快速发展的高新技术。     

光学非球曲面中高频面形误差的控制与补偿技术研究

本文分析了非球曲面中、高频面形误差的产生原因及作用机理,对面形精度有直接影响的切削刀具、切削参数、加工路径、切削状态、测量方法、工作环境等因素,提出了优化选择的规则和控制策略;给出了减小误差的补偿原理和编程设计方法,并在数控机床上进行了编程补偿试验,结果证明面形误差得到了有效控制。     

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。     

航发产品适应性数控加工技术探索研究

基于柔性制造和适应性控制的适应性数控加工技术在高性能航空发动机和延寿大修机产品的加工中具有显著的优势。适应性控制要素包括余量、误差、精度、切削速度、进给速度、切削力等,在数控加工过程中主要体现在工件空间几何位置适应性控制、零件装夹定位适应性控制、加工切削载荷适应性控制和机床生产运行适应性控制4个方面。对航空发动机产品适应性加工工艺及其关键技术做了综合阐述,并探讨了适应性数控加工的应用及控制要素。最后指出适应性数控加工技术是提高数控加工效率和精度的有效方法,智能控制的适应性数控加工技术将成为智能制造的重要发展方向。     

多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法

针对目前多轴联动条件下S形加减速算法复杂,一条插补线段内最大进给速度不能实时可调的问题,提出了一种插补速度实时可调的前瞻控制算法。算法首先根据机床特性和线段夹角建立了小线段衔接处进给速度的约束条件,然后采用加速度跟随原理提出了最大进给速度连续可调的S形加减速控制方法,在此基础上设计了一种加速度自适应调整的前瞻处理算法。该算法在不降低轨迹插补精度的前提下,能以最大的速度通过线段的转接点,从而使整个线段插补过程具有高度的柔性和快速性,能满足现代数控系统对前瞻处理的实时性要求。结果表明该算法有效降低了机床运动时的振动,与传统速度规划算法相比,同等加工条件下,加工效率明显提高,工件表面质量也得到改善。     

复杂曲面加工刀轴矢量优化研究

本文对某复杂曲面的多轴数控加工刀轨进行了研究,针对该曲面的特征,采用可变轮廓铣策略;优化刀轴矢量,实现在曲面切削时,刀具的切削点到刀轴的投影距离最大,从而实现最大切削速度,提高表面质量。本文构建了切削过程的刀轴矢量变化模型,最终完成刀轴矢量旋转角的优化。经验证采用该策略及模型能获得较高的表面质量和精度,达到设计和精度要求。     

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。     

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。     

插铣技术的研究现状

插铣的加工方式最先是由国外专家提出的,出现的时间也比较短,但是由于其特殊的加工方式和比较显著的加工优势,近几年受到了国内外许多专家的关注和研究.所谓插铣法就是在加工过程中刀具沿主轴方向做进给运动,利用底部的切削刃进行钻、铣组合切削,是一种能够在Z方向上快速铣削大量金属的加工方式,主要用于半精加工或粗加工,在重复插铣达到预定深度时,刀具不断地缩回和复位以便于下一次插铣时可迅速地从重叠走刀处去除大量金属,如图1所示.     

近净成形叶片重构曲面刀具轨迹自适应规划

近净成形叶片作为一种高效低成本的新型工艺方法,越来越广泛地被应用在航空发动机叶片毛坯制造上。航空发动机近净成形叶片其叶型复杂且属于薄壁类零件,无法保证所有区域一次成形且满足设计精度要求,需要对进/排气边区域进行自适应加工。自适应加工中进/排气边曲面通常为重构曲面,因为测量数据、缘头形状约束、毛坯变形等因素影响,重构曲面会出现曲率变化大、边界不齐等问题。针对上述问题,本文通过分析刀心轨迹与加工曲面几何关系,以光顺偏置曲面为基础,建立光顺刀心轨迹规划线规划算法,实现了重构曲面光顺刀心轨迹的高效自动化生成。在某型精锻叶片上进行了数控加工试验,试验结果显示进/排气边曲面轮廓公差控制在（–0.02～+0.039） mm范围内,满足图纸设计公差（–0.03～+0.05） mm的要求,证明了所提算法的有效性和实用性。     

一种新的五轴加工干涉处理算法

根据雕塑曲面的五轴加工特点 ,对干涉进行了分析研究 ,提出了一种新的干涉处理算法 :用均匀分布在刀具表面的直线与逼近加工曲面的一系列三角片求交 ,来检查及修正干涉。计算实例表明 ,这种算法稳定、可靠 ,在雕塑曲面五轴加工编程中 ,具有重要的实用价值     

缓速进给型面磨削的应用

缓速进给磨削是将安装在工作台上的工件仅沿一个方向缓慢地向砂轮下进给的一种方法。切削深度—在很多情况下是全部深度—所以不需要事先或事后的机械加工。由西德 ELB 磨床公司首创并已在欧洲广泛使用的这种方法,在美国正日益广泛地用于加工沟槽和型面的磨削。它最适用于大余量和     

两种自适应方向图峰值副瓣控制方法比较

自适应阵列（或称自适应波束形成）目前已广泛应用到雷达、声纳和通信领域中用来抑制各种干扰（有意的干扰，杂波干扰和多用户干扰等）。在雷达应用中，为了减轻脉冲欺骗式干扰或旁瓣目标并利用单脉冲雷达来准确测量目标波达方向．要求自适应方向图具有低副瓣和稳定的主瓣形状。在实际应用中，各种失配误差将降低自适应阵列的性能．这些误差包括由于目标的波达方向不精确引起的信号指向误差，由通道失配和位置扰动引起的阵列校准误差和由小样本教引起的协方差矩阵估计误差。在此情况下，自适应波束形成的性能大大下降（干扰抑制性能变差。主瓣失真和高的副瓣）。已提出了一种基于二次约束的集成峰值副瓣控制（integrated peak sidelobe control，简称IPSC）方法。该方法可以精确地控制峰值副瓣电平并产生具有稳定的主瓣形状的自适应方向图。研究IPSC中目标信号的影响和信号消除方案以进一步提高IPSC的性能。并将IPSC方法和最新提出的基于二阶锥规划（second-order cone programming，简称SOCP）的分布式峰值副瓣控制（distfibuted peak sidelobe control，简称为DPSC）新方法在性能上进行了比较。仿真结果表明。在干扰抑制性能和方向图控制质量方面IPSC比DPSC性能优越。此外IPSC比DPSC计算高效。     

飞机蒙皮机器人化制造曲面分片算法研究

为实现飞机曲面机器人加工的自动轨迹规划,研究了基于模型几何特征的飞机曲面分片算法。通过分析飞机构件加工的工艺参数信息,以表面加工允许的最大曲率或最大偏角为阈值,提出基于近似曲率的三角网格模型分片方法。以三角网格中任意面片为起点,沿网格邻接关系向外拓展联接,形成若干近似平面化的模型分片结构,当超过阈值时则停止拓展,从而得到一整片曲面。通过对飞机CAD模型进行分片,发现采用本文提出方法可以保证分片结果的均匀性,为后期加工轨迹自动规划规划提供保障。     

薄壁件铣削路径的研究现状

薄壁零件普遍具有结构复杂、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点,目前此类零件都采用数控铣削的方法来加工[1].但在加工过程中由于零件刚度差等多种原因,容易产生变形,因而难以控制加工精度和达到较高的加工效率.薄壁件的加工效率及变形误差,很大程度上取决于走刀策略.随着走刀路径的不同,工件内原有的残余应力释放顺序也不同,同时由于加工中切削力与切削热的作用,产生新的应力,新应力与原有残余应力的耦合作用也不相同,从而造成工件变形程度不一.因此对薄壁件铣削路径的研究是十分必要的.