精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展

多轴数控（CNC）加工是现代工业中的标志性加工技术,在能源、动力、国防、运载工具、航空航天等制造领域的关键零部件加工中占据着主导地位。随着这些领域中高端装备性能要求越来越高,涌现出一大批加工难度大、性能指标要求苛刻的精密复杂曲面零件,其加工已由以往单纯的形位精度要求,跃升为形位与性能指标并重的高性能加工要求,给传统的复杂曲面零件数控加工技术带来了严峻挑战。针对精密复杂曲面零件形位精度保证、加工效率提升及动态切削过程可控等关键技术问题,从多轴数控加工的高效加工路径设计、进给率规划以及加工动力学分析等方面,详细论述相关加工技术的研究现状、存在的难点和核心问题,指出可行的解决途径、突破方向和未来的发展趋势,为实现复杂曲面零件的高性能数控加工提供参考和依据。     

含孤岛型腔铣削加工的螺旋刀轨生成算法

当型腔含有孤岛时,使用传统环切铣削方法加工往往难以避免拐角方向存在突变的问题,故提出一种螺旋刀轨生成算法,实现含凸边界孤岛型腔的快速铣削加工。首先在孤岛和型腔的加工轮廓上设置放样点,将放样点连接成放样线,线性插值放样线生成螺旋折线;接着插入以指数函数规律分布的控制顶点,并以其所定义的任意阶B样条曲线规划最终刀轨。所生成的刀轨能适应孤岛偏心的情况。实验结果显示,与传统环切相比,高阶连续的B样条曲线刀轨可直接用于具有NURBS插补功能的加工中心,孤岛轮廓的加工精度高,可有效避免刀轨方向突变,降低切削力的变化幅度,提高加工效率。     

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。     

适合多种机床结构的数控系统5坐标变换库

研究了适合多种结构布局形式的统一坐标变换方法,开发出数控系统5坐标变换函数库,并作为坐标变换控制模块集成到数控系统中.分析了5坐标数控机床运动学模型,归纳出12种5坐标数控机床结构布局,并推导了对应的坐标变换数学算法.通过结构分析和数学变换将12种算法扩展归纳到3类基础算法,并基于3类基础算法开发出适合多种机床结构布局的5坐标变换库.利用机床三维仿真系统验证了5坐标变换库的可行性,并将该坐标变换库集成到北京航空航天大学开发的CH-2010开放式数控系统中.     

基于控制线的开式整体叶盘叶片四轴数控加工刀轴控制方法

针对开式整体叶盘叶片数控加工中存在的干涉及刀轴变化稳定性问题,提出了一种基于刀轴控制线的四轴刀轴矢量控制方法。阐述了基于刀轴控制线的四轴刀轴控制基本原理,通过对四轴无干涉刀轴摆动区间的计算,建立了四轴无干涉刀轴控制面;根据控制线生成准则,给出了在刀轴控制面上生成刀轴控制线的具体算法。实验验证表明,该方法不仅可解决开式整体叶盘叶片加工中的刀具干涉问题,而且有效避免了刀轴突变引起的叶片啃伤现象,明显提高了叶片表面的加工质量。     

基于EMD与LS-SVM的刀具磨损识别方法

针对刀具磨损声发射信号的非平稳特征和BP神经网络学习算法收敛速度慢、易陷入局部极小值等问题,提出了基于经验模态分解和最小二乘支持向量机的刀具磨损状态识别方法.首先对声发射信号进行经验模态分解,将其分解为若干个固有模态函数之和,然后分别对每一个固有模态函数进行自回归建模,最后提取每一个自回归模型的系数组成特征向量,特征向量被分为两组,一组用于对最小二乘支持向量机训练,另一组用于识别刀具磨损状态.试验结果表明:该方法能很好地识别刀具磨损状态,与BP神经网络相比具有更高的识别率.      

基于STK的高超声速飞行器可视化仿真平台研究

 论证了利用STK软件建立高超声速飞行器可视化仿真平台的可行性,研究了创建高超声速飞行器结构模型以及模拟其所处空间地理环境的方法,提出了利用STK/Connect模块功能实现分布式实时可视化仿真的策略,仿真结果表明基于STK的仿真平台能够满足任务需求。     

双电机驱动消隙技术及其在数控设备中的应用

根据传动间隙对设备的影响,提出了一种采用双电机驱动消除机械间隙的新方法,并以伺服主从驱动技术为理论基础,论述了双电机驱动消隙技术的原理和实现手段。最后,介绍了在西门子840D数控系统和611D伺服系统环境下,双电机驱动消隙技术在自动制孔设备中的实际应用情况。     

Optimal interface surface determination for multi-axis freeform surface machining with both roughing and finishing

In the current practice of multi-axis machining of freeform surfaces, the interface surface between the roughing and finishing process is simply an offset surface of the nominal surface. While there have already been attempts at minimizing the machining time by considering the kinematic capacities of the machine tool and/or the physical constraints such as the cutting force, they all target independently at either the finishing or the roughing process alone and are based on the simple premise of an offset interface surface. Conceivably, since the total machining time should count that of both roughing and finishing process and both of them crucially depend on the interface surface, it is natural to ask if, under the same kinematic capacities and the same physical constraints, there is a nontrivial interface surface whose corresponding total machining time will be the minimum among all the possible (infinite) choices of interface surfaces, and this is the motivation behind the work of this paper. Specifically, with respect to the specific type of iso-planar milling for both roughing and finishing, we present a practical algorithm for determining such an optimal interface surface for an arbitrary freeform surface. While the algorithm is proposed for iso-planar milling, it can be easily adapted to other types of milling strategy such as contour milling. Both computer simulation and physical cutting experiments of the proposed method have convincingly demonstrated its advantages over the traditional simple offset method.     

声发射在微铣削过程中监测刀具破损的应用

应用声发射传感器对微铣削过程中的刀具状态进行监测。通过结合传声器传感器,利用小波分析,声发射传感器能更精确有效地监测刀具破损的现象。分别在几种不同的工件材料进行了声发射监测实验。通过该声发射监测刀具破损技术采集得到信号,再利用小波分析对实验数据分析。结果表明,在微铣削中利用声发射信号来监控刀具状态的可行性。