慢刀伺服车削渐进多焦点透镜的刀具路径生成与实验

针对渐进多焦点透镜的高效、高质量加工需求,基于慢刀伺服的超精密车削技术提出了一种等弧长-角度混合刀触点离散方法,模拟分析了金刚石圆弧车刀在加工渐进多焦点透镜时的三维刀具轨迹形貌。通过程序生成,采用超精密慢刀伺服车削的方法在超精密机床上进行了PMMA材料渐进多焦点透镜样件的加工,经检测分析,验证了刀具生产算法的可行性和有效性,加工效率和加工质量得到了有效保证。研究成果对于渐进多焦点透镜自由曲面加工技术的发展具有重要意义。     

离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。     

复杂曲面五轴数控加工关键技术研究

曲面驱动是复杂曲面加工中的一种高效刀轨规划方法。以典型的复杂曲面零件——"佛像"为载体,介绍了曲面驱动方法下的刀轨规划的原理,以及驱动面的设计思路和制作流程;同时对编程中的关键技术以及试制过程中的工艺工装进行了总结。该零件主要由多个复杂不规则曲面组成,采用"曲面驱动"进行刀轨规划,能获得与曲面近似的走刀轨迹和光顺的刀轴矢量。经试制,采用该刀轨规划策略和工艺方案,有效地提高了零件的表面质量,达到了设计和精度要求。     

内渐进镜片加工中的过切判据的研究

针对内渐进镜片在加工过程中出现过切的情况,提出一种判断方法。该方法使用双三次样条曲面参数方程计算自由曲面各点曲率半径最小值,通过三维软件对曲面曲率半径进行计算,研究镜片在机床上实现加工的判据。由分析和计算表明,若曲面加工范围内存在某些点的曲率半径小于给定的机床刀具半径,则机床无法加工内渐进镜片的曲面。     

自由曲面数控加工刀具的研究

对自由曲面数控加工中的刀具进行了较深入的研究。从刀具有效半径和切削速度的角度,对平头立铣刀在五坐标自由曲面加工中的加工效率与切削性能进行了分析。提出了球头刀和平头刀的刀位计算方法,并对叶片曲面的刀具轨迹进行了仿真模拟。     

环曲面眼镜片的慢刀伺服加工技术

为解决非回转对称非球面眼镜片加工的难题,探讨了环曲面眼镜片的慢刀伺服加工方法。建立了环曲面数学模型,对其加工进行了路径规划,分析了刀触点离散方案、刀具补偿方案及棱镜曲面空间延拓问题。实例加工表明,提出的基于慢刀伺服加工技术的路径规划方法实用可行,可以加工屈光度精度0.05D以内的环曲面眼镜片。     

基于ACIS几何平台的复杂多曲面数控加工编程技术

针对复杂多曲面数控加工方法自动生成刀具轨迹的问题,本文提出并在ACIS几何造型平台上实现了一种采用截平面法进行复杂多曲面精加工刀轨规划的方法.该方法采用一组截平面去截取加工表面,得到一系列交线,将这些交线按一定规律排序,组成加工环,刀具沿着这些加工环运动,便完成模型的加工.通过实例证明运用该方法使生成的刀轨连续,进退刀得到优化,大大提高了加工效率.     

三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究

针对三角形网格曲面加工中刀具轨迹的误差均匀性问题,提出了一种等误差步长规划的刀具路径生成算法。该方法将刀具沿网格曲面运动方向的线性误差和转动误差联合作为设计公差,在满足给定精度要求条件下,通过控制设计公差来优化各条刀具轨迹上的刀触点的位置分布,并生成相应的刀位点。在生成完整三角网格曲面刀具路径时充分利用了网格曲面的边界特性,保证了边界一致性。实验表明:该方法生成的刀具路径保持了良好的边界一致性,并显著提高了加工精度和加工质量的均匀性。     

回转曲面螺旋槽数控加工技术研究

为了解决回转曲面螺旋槽的加工难题,本文提出了回转曲面螺旋槽数控编程的数学模型建立方法,对其数控加工编程进行了研究,并提出了数控加工走刀步长确定的计算方法。实际加工结果表明,该方法提高了回转曲面螺旋槽加工精度和效率。     

一个曲面数字化模型及其在数控加工中的应用

通过提出一个新的曲面数字化模型，建立了一个新的参数曲面数控加工刀位点生成方法。该模型的精度控制准则消除了现有的刀位点计算误差分析中的不可靠因素。同时，该曲面数字化模型的建立使刀位点生成速度得到有效的提高     

基于三弯矩法的环曲面金刚石切削刀具路径规划及其仿真分析

为解决环曲面加工困难的问题,对环曲面金刚石切削方法进行研究。在刀具路径规划中,使用了刀触点综合离散方法,该方法结合了等角度离散与等弧长离散的优点;提出了通过控制相邻刀触点间Z向距离以减小刀具的Z向移动从而提高离散精度的方法。根据加工时刀位点插补的特点,应用三弯矩法计算插补入口参数,实现插值函数的二阶导数连续。仿真分析表明,综合离散方法能够减小离散误差,使用三弯矩法进行插补计算可将最大插值误差由Hermite插值的0.35 μm减小至0.001 2 μm,效果明显。加工试验结果表明,该路径规划方法可用于环曲面的加工,且能改善工件的加工质量。     

基于包络法的鞋楦表面点三维反求

鞋楦曲面的检测法采用近似求解获取鞋楦曲面数据,误差大,易导致楦面变形。利用包络法原理反求鞋楦表面数据点,将触测轮在鞋楦表面的滚动测量视为刀具对鞋楦的反复加工过程,生成的包络面替代鞋楦表面,可大大提高精度,并给出了试验验证。     

Non-redundant tool trajectory generation for surface finish machining based on geodesic curvature matching

The increasing complexity of surface has put forward higher demands for CNC machining trajectory generation. The constant scallop height method has the disadvantage of point redundancy during trajectory discretization. Therefore, a non-redundant tool trajectory generation method for surface finish machining is put forward. The cutting row spacing is determined by the geodesic curvature according to scallop height and the convexity or concavity of the local surfaces. The adjacent cutter contact (CC) points with constant scallop height are expressed point by point from the present CC point. The redundant points are removed by maximizing each cutting step length through making the chord error equal to the machining allowable error. The dual NURBS ruled surface is constructed to realize smooth transition of the tool trajectories and tool axis vector. The prototype system taking ACIS R13 and HOOPS V11.0 as modeling kernel has been developed to verify the proposed method. The experiment results proved that the proposed method can realize non-redundant tool trajectory considering tool interference during surface finish machining.     

基于多种群遗传算法的全景成像系统非球面设计

提出了一种基于多种群遗传算法的折反射全景成像系统复杂非球面的设计方法。结合广义科丁顿公式及几何光学原理,推导出非球面两镜系统像散表达式。在此基础上,利用多种群遗传算法以像散作为非球面两镜系统像差评价参数,求解出满足消像散及指定透视投影关系的非球面面形方程。给出多种群遗传算法求解非球面面形的实现过程。并用遗传算法最小二乘混合优化算法得到了便于实现光线追迹和像差计算的非球面多项式。研制了一个焦距为-1.2mm,F数为2 ,视场为35°～90°的折反射全景成像系统,给出了实验图像,获得了较好的成像质量。     

基于投影法的过渡曲面构造方法

在采用组合函数法构造过渡曲面方法的基础上,提出了一种在基曲面上构造G1连续的过渡切触线的方法。该方法只需给定曲面上的一组点列及其点上的切矢,在此基础上构造一条空间曲线,并基于正交投影法将这条曲线投影到基曲面上得到一条G1连续的过渡切触线,使得设计人员可以根据需要直接在基曲面上确定过渡曲面与基曲面的切触线的位置,并以此为边界构造过渡曲面。还提出了新的构造过渡辅助面和重新参数化局部基曲面的方法,以适应过渡切触线为分段曲线的情况,并将其应用于翼身融合面的构造中,实例证明了该方法的可行性,效果令人满意。     

工艺设计过程中的切削体分解组合策略

为实现工艺设计过程中对产品设计数据的有效重用,提出了一种切削体分解组合策略.该策略利用对切削体的分解组合,向工艺设计提供所需的基本工艺路线、工艺模型、尺寸公差等工艺数据.为生成符合工艺要求的切削特征,阐述了切削体分解算法和分割面的生成方法;研究了几何约束、工艺约束下的分割面分解优先级确定规则;探讨了单元切削体组合条件和优先组合策略.通过实例阐述了该策略下的工艺设计过程,验证了该策略的可行性和有效性.     

A 3D Predictive Cutting-Force Model for End Milling of Parts Having Sculptured Surfaces

A comprehensive, 3D mathematical model of desired/optimal cutting force for end milling of freeform surfaces is proposed in this paper. A closed-form predictive model is developed, based on a perceptive cutting approach, resulting in a cutting force model having a comprehensive set of essential cutting parameters. In particular, the normal rake angle, usually missing in most existing models of the same sort, is included in the developed model. The model also permits quantitative analyses of the effect of any parameters on the cutting performance of the tool, providing a guideline to improving the tool performance. Since the axial depth of cut varies with time when milling sculptured surface parts, an innovative axial depth of cut estimation scheme is proposed for the generation of 3D cutting forces. This estimation scheme improves on the practicality of most existing predictive cutting-force models for milling, in which the major attention has been focused on planar milling surface generation. In addition, the proposed model takes the rake surface on the flute of mills as an osculating plane to yield 3D cutting force expressions in only two steps. This approach greatly reduces the time-consuming mathematical work normally required for obtaining the cutting-force expressions. A series of milling simulations for machining freeform parts under specific cutting conditions have been performed to verify the effectiveness of the proposed cutting-force model. The simulation results demonstrate the accurate estimating capability of the proposed method for axial depth of cut estimation. The cutting force responses from the simulation exhibit the same trends as can be obtained using the empirical mechanic’s model referenced in the literature. Finally, from the simulation results it is also shown that designing a tool with a combination of different helix angles, having cutting force signatures similar to those of the single helix angle counterparts, is particularly advantageous.     

基于等切共轭的弧齿锥齿轮差曲面建立与解析

对弧齿锥齿轮提出了一种新的共轭求解方法,来更方便地求解共轭小轮的齿面方程,在此基础上进行了齿面接触分析。在分析过程中提出了一种新的ease-off差曲面计算方法,即用对应点的转角误差替代直线误差进行差曲面求解,使得传动误差解析、齿面修形量的确定更为直观和准确。提取了ease-off曲面上的差曲线,以方便地确定出接触路径和边缘接触点。根据全程差曲线得到了齿面接触印痕分布情况。     

接触式大型非球面镜面形测量中测量点分布的确定

为准确有效地检测大型非球面光学元件的面形,研究了接触式测量光学元件的测量点分布方式.使用不同密度的径向分布及均匀分布的测量点分别对以不同Zernike多项式表示的面形偏差进行采样,然后计算采样所得面形相对给定面形PV值及RMS值的最大相对误差,并对计算结果进行了分析.对1.8m抛物面镜面形实测结果表明:在镜面加工的成型及粗磨阶段,由于面形偏差主要呈旋转对称分布,低密度径向分布测量点即可满足继续加工的检测需求;在精磨及初抛阶段,面形偏差主要为像散或其它非对称面形偏差,测量点均匀分布是提升测量精度的有效手段.此分析方法可以指导测量点的排布方式,从而确保由测量点分布引入的测量误差小于镜面本身面形误差的1/5,提高检测效率.     

隐形眼镜投影测量仪的设计

提出了一种采用光学投影成像和自扫描光电二极管列阵(SSPA)传感器实现隐形眼镜曲率、光学中心厚度和直径测量的新方法,基于此方法设计成功了一种新型隐形眼镜投影测量仪.介绍了仪器的测量原理、仪器结构、光电二极管列阵信号采集以及单片机控制系统的硬件和软件设计.该测量仪测量镜片曲率半径的精度优于±0.1mm,测量镜片光学中心厚度的精度优于±0.01mm,测量镜片直径的精度优于±0.1mm,并能分辨镜片上任何方向大于0.01mm的杂质和表面缺陷.