某光学自由曲面棱镜超精密加工技术研究

与传统的球面及非球面光学元件相比,自由曲面的应用可提高系统设计自由度及成像质量,减轻系统重量,但同时对光学元件的设计、制造及检测提出了挑战。本文分析了头盔显示器中关键光学元件自由曲面棱镜的设计特点,研究了其磨削、抛光及检测工艺,经检测被加工零件性能指标满足了光学系统的设计要求。     

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。     

钛合金水助激光打孔试验研究

为了提高激光打孔的质量,采用水助激光扫描加工方法对钛合金进行激光打孔试验研究,通过响应曲面法设计试验,研究了各加工参数对孔径和孔锥度的影响关系。结果表明,对孔径的影响程度由大到小依次为激光器电流、脉冲频率和水泵电压;对孔锥度的影响程度由大到小依次为脉冲频率、激光器电流和水泵电压。当优选激光器电流33.6818 A、脉冲频率30.6818 kHz、水泵电压12.6818 V时,孔入口直径最小、孔出口直径最大、孔锥度最小。同时,还发现水助激光加工通孔直径大于空气中加工,但孔锥度减小了33.2%。     

纤维缠绕圆锥壳体设计分析

以纤维缠绕结构的网格理论为基础,建立了纤维缠绕圆锥壳体在内压作用下的平衡方程。求解该方程,得到了纤维应力、纤维厚度和均衡缠绕角的解析解。对螺旋加环向缠绕,从圆锥大端到小端,纤维厚度和均衡缠绕角逐渐增大,纤维应力逐渐减小。利用最大应力强度准则,得到了单一螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕圆锥壳体爆破压强的计算公式。为了使计算的爆破压强与实际结果相符合,纤维发挥强度的选取必须由模拟实验确定。     

自由曲面叶轮的四坐标数控加工研究

 针对自由曲面叶轮的四坐标加工,提出了一种刀轴矢量的确定方法。给定工作台倾斜角度和刀具后跟角,四坐标加工的刀轴矢量必然位于这两个角度确定的两个圆锥面上。通过对两个圆锥面求交并结合叶轮加工的实际特点,给出了自由曲面叶轮四坐标加工刀轴矢量的计算方法。根据得到的刀轴矢量,计算相应的侧偏角,从而可将五坐标加工的理论和方法直接应用于四坐标加工中。算例表明,该方法合理可行,能够有效提高四坐标加工效率、降低叶轮加工成本,并可推广至一般曲面的四坐标加工以及五轴四联动加工。     

开放式数控系统中五轴样条插补功能的实现方法(英文)

针对现行复杂曲面加工常采用的五轴联动线性插补方法速度精度较低且数控文件大等缺点,利用非均匀有理 B 样条(NURBS)曲线在表示空间曲线时具有的优势,提出了一种适合于五轴联动实时插补运算的双 NURBS 曲线指令格式。同时介绍了这种格式数控代码的生成过程。给出了在自行研制的开放式数控系统中实现其插补功能的方法。通过实例表明所提出的方法完全可以克服五轴线性插补方法的不足之处,并且是切实可行的。     

利用分段G2 插值方法构造铺丝路径

提出了复合材料铺丝路径的规划方法,其中铺丝基准路线是通过对给定数据点的切方向及曲率向量或测地曲率值,G2连续地插值曲面上点列的方法得到。利用正则参数曲面上一点的切空间与其参数平面对应点的切空间同构原理。将曲面上曲线的插值问题转化为其参数平面上类似的曲线插值问题。该方法能够用显式方程来表示曲面上的G2连续插值曲线。由于引入了若干控制参数,可对曲线进行局部或整体的交互修改。利用该方法进行铺丝路径规划可以反映芯模面的曲率信息,改变纤维的局部走向,使其最终的结果更好地满足丝束铺放要求和构件几何性能的要求。实验证明该方法简单可行,还可用于计算机辅助设计、计算机图形学等领域。     

盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的原理及齿面求解

为了实现等基圆锥齿轮的高速、高效加工,基于等基圆锥齿轮理论,分析了盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的可行性,建立了盘形铣刀数学模型、盘形铣刀加工坐标系,分析并确立了各坐标系间的转换关系.通过刀具曲面与齿面在共轭接触点处啮合方程的建立及求解,得到了盘形铣刀加工的等基圆齿面表达式.对盘形铣刀加工理论下的等基圆锥齿轮齿面与理论等基圆齿面进行了分析比较,进行了盘形铣刀的仿真加工.结果表明:通过盘形铣刀截形、盘形铣刀加工运动中的回转角度、倾斜角度及倾斜中心点的合理设计,盘形铣刀加工而成的实际齿面与理论齿面的接近程度达到工程要求,使用盘形铣刀可以加工等基圆锥齿轮.      

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

基于数值模拟的轴对称矢量喷管性能预测数学模型

基于三维数值模拟,对不同轴对称矢量喷管在多种工作状态下的内外流场进行了研究,分析了扩张角及扩张段长度对喷管有效矢量角的影响.基于最小二乘曲面拟合理论,建立了自变量包括扩张角、扩张段长度/喉道直径、落压比/设计落压比、几何偏转矢量角的多变量轴对称矢量喷管性能预测数学模型,并根据已有实验数据,对该模型进行了验证结果表明:推力系数误差最大为0.41%,流量系数误差最大为1.58%,矢量角误差最大为1.76°.建立的数学模型通用性较强,实现了用统一的模型对不同喷管性能参数进行预测和分析,具有一定的工程意义.