环形刀五轴数控自由曲面分片光顺轨迹规划研究

采用曲面分片思想将具有相同或相似曲面信息与工艺特征的复杂曲面分成曲面片族,利用环形刀在各曲片域内建立等残留高度刀具路径规划策略,使刀具姿态随工件曲面的曲率而变化,并完成曲面片间的光顺接合.该方法可从整体上提高复杂曲面的加工精度,改善曲面加工质量.     

自由曲面四坐标数控柔顺研抛技术研究

针对自由曲面研抛加工五坐标平台存在操作困难、成本昂贵的问题,现以三轴数控铣床为载体,设计了一套具有良好曲线追踪能力的四坐标柔顺研抛工具系统,来实现模具曲面的自动化光整加工。对工具系统采取力/位混合伺服柔顺控制策略,将研抛加工中的力控空间和位控空间实施了正交分解。在考虑其与数控铣床坐标系统差异的基础上,具体研究了自由曲面四坐标精密研抛的成型机理与成型过程。利用面向对象的开发工具Visual Basic开发了一款自动编程软件系统,能生成该工具系统可执行的数控代码,并借助ADAMS进行了仿真验证。研究结果表明,轨迹与曲面形貌相吻合,该技术能胜任自由曲面的精密研抛。     

复杂曲面机器人自动化研抛加工试验

为提高复杂曲面工件光整加工的效率和表面质量,搭建了以KUKA 30-3机器人为基体的自动化研抛平台并对复杂曲面工件进行了研抛加工试验。基于机器人工具坐标测量原理,针对本试验工件进行刀具坐标测量,利用CAD/CAM进行轨迹规划,采用一定倾角的弹性抛光盘进行研抛加工。试验结果表明,采用"XYZ-4点"方法确定刀具坐标系原点和采用ABC世界坐标法确定刀具坐标系姿态,实现了加工过程中研抛刀具沿研抛轨迹的精确走刀。CAD/CAM轨迹与姿态规划的自动生成代替了传统复杂、费时的示教方法,实现了加工过程的主动柔顺性,而弹性抛光盘的采用实现了被动柔顺性。采用该试验平台和方法实现了复杂曲面工件自动、高效、低成本的研抛加工。     

基于力控制的机器人研抛工艺研究

研究以KUKA 30-3机器人为实验平台,基于力控制技术研究自由曲面有机玻璃的机器人自动化研抛加工工艺。理论研究分析可知,研抛工具与工件之间的接触压力是影响有机玻璃研抛表面质量的重要因素,而基于力控制的机器人能够模仿工人的研抛操作,使研抛工具与工件表面之间保持恒定的接触压力,有效地保证了研抛质量。研究以有机玻璃为实验对象,通过实验对比了加力控制与不加力控制下,不同的研抛接触压力对加工表面质量的影响。实验结果表明,加入力控制技术的机器人研抛加工不仅能够提高研抛表面质量(表面粗糙度和表面三维形貌),同时还可以提高加工效率,保证产品质量的一致性。     

研磨中心上曲面自动磨抛的实验研究

硬质材料曲面工件的磨抛是超精加工中迫切需求的技术。目前自由曲面的磨抛仍采用手工完成,费时且效率低。磨抛需要高效率地去除曲面残留峰改善工件的粗糙度,同时还要保持曲面的形状精度。在类似加工中心(MC)的磨削中心(GC)上,采用参数表达的自动磨抛方式,对自由曲面进行了磨抛加工。结果表明,参数表达的自动磨抛可取用相同的刀具中心轨迹,仅仅去处残留峰的高度,而不改变曲面的形状精度,曲面工件的磨抛效果良好。     

磁力研磨头形状对研磨效果的影响

磁力研磨是利用磁性磨料和磁场作用进行研磨加工的一种研抛技术．讨论了不同研磨头形状对磁力研磨的影响以及研磨头设计的要点．在五自由度并联机床上利用不同形状磨头对自由曲面的模具进行了磁力研磨试验．开槽研磨头比不开槽研磨头的研磨效果要好得多．实验分析了利用球型磨头对工件磁力研磨时,磁场强度、研磨间隙、研磨时间等因素对自由曲面模具表面研磨质量的影响．利用五自由度并联机床不仅可以去除自由曲面模具表面的切削残留痕迹,降低模具的表面粗糙度,还可解决传统手工研磨方式所引起的工件研磨质量不一致的缺陷。     

模具自由曲面的精密镜面磨削

分析了模具自由曲面的主要加工方法,模具自由曲面精加工时电火花加工与精密磨削加工的适应性,提出了用圆弧包络曲面创成磨削法进行磨具自由曲面精密镜面磨削加工的工艺方法。     

大型曲面自适应研抛机器人运动学仿真

为了提高加工效率,提出了一种安装盘状工具在大型曲面上进行自适应研抛加工的机器人,可以在行进中进行作业.在分析了大型曲面的特征,针对盘状工具多点切触加工的特点,确定了机器人的技术构成.通过Pro/Engineer软件建立了研抛机器人的虚拟模型,研究了自适应研抛机器人和加工系统的运动学并建立了数学模型,应用Adams和Matlab软件对研抛机器人的自适应性和整机运动性能进行了联合仿真.仿真结果表明研抛机器人及其工具系统具有良好的动态性能,为研抛机器人系统的设计、制造和控制提供参考依据.     

模具自由曲面分片方法和抛光路径的规划研究

为了提高模具自由曲面的抛光精度和抛光效率,通过对曲面进行归类和划分,提出了自由曲面的划分方法,并用实例说明对自由曲面进行分片和重构,提高建模精度,从而提高抛光精度和抛光效率,解决了人工抛光的随意性和低效率问题;分析抛光路径对抛光精度的影响,选择合理的抛光路径,从而达到理想的抛光效果。     

圆弧刃金刚石刀具研抛新方法及微摆幅机构设计

圆弧刃金刚石刀具制造的目标是获得刃口锋利、刀尖圆弧轮廓精度高和刃口表面质量高的金刚石刀头,其研抛工艺一直是国内外研究的热点。为提高圆弧刃金刚石刀具研抛效率和研抛质量,提出了微摆辅助机械研抛方法,理论分析表明该方法能有效提高金刚石刀具的研抛效率和研抛质量。对实现该方法的微摆幅机构进行设计和有限元模态分析,研究结果对微摆幅机构微摆频率的选择具有重要指导意义,为微摆幅机构的结构改进提供了依据。     

Development and Polishing Process of a Mobile Robot Finishing Large Mold Surface

□ A novel self-determination polishing robot finishing large mold free-form surface is developed, and the finishing process method is researched. Contrary to traditional approaches, our premise is that a large mold surface can be polished by using a small robot. This robot system is mainly composed of a polishing robot part, a computer system and a visual positioning system. A type of robot with four uniform distribution wheels was designed, which has two driving wheels and two driven wheels. Active compliant control of the polishing tool was provided by a pneumatic servo system, and a new special compliant abrasive tool was proposed on the basis of robot characteristics. The process planning steps consisted of subdividing the free-form surface, choosing an abrasive tool, planning the polishing path and optimizing machining parameters. Based on the orthogonal experiment and the grey relational analysis method, the optimal parameter combination was obtained for polishing force, tool speed and feed rate. Aiming to polishing times, the surface roughness method and polishing efficiency method were studied in detail. The polishing experiments were carried out in the robot using process parameters obtained by the efficiency method. These research results provided significant theory foundation and experimental data for a mobile robot planning polishing to realize intelligible process parameter selection.     

RESEARCH ON POLISHING PROCESS OF A SPECIAL POLISHING MACHINE TOOL

In this paper, a serial-parallel hybrid special polishing machine tool based on the elastic polishing theory is developed, which is used for polishing mould surface by using bound abrasives. This machine tool mostly consists of parallel mechanism of three-dimensional moving platform, series rotational mechanism of two degrees of freedom and elastic polishing tool device. The parallel mechanism controls the spatial position of the polishing tool. The series mechanism controls the pose of the polishing tool. The elastic polishing tool system can realize active control by a pneumatic servo system and passive conformity by a spring. The main process parameters that have influence on surface roughness and polishing efficiency are tool speed, feed rate, force, pose angle and polishing number of times. Optimal combination of process parameters is presented by the Taguchi and grey relational analysis, which provide a choice of parameters as a basis for free-form surface polishing in practice.     

应用于模具自由曲面的新型气囊抛光技术

为提高模具自由曲面抛光的效率和品质,提出一种基于柔性抛光理念的新型气囊抛光技术。建立相应的机器人抛光系统,研究旋转型膨胀气囊抛光工具及抛光过程中各因素对抛光表面粗糙度的影响。对气囊抛光工具的位置和姿态控制问题以及抛光工具,以一定下陷深度和倾斜角度与被抛工件接触时的接触区域的相关特性进行分析。在机器人抛光系统上进行抛光正交试验和试验数据分析,获取表面粗糙度的不同影响因数的最优参数组合,试验中被抛光曲面平均表面粗糙度达到了0.007 μm。研究结果表明,气囊抛光技术可实现抛光工具与被抛光工件的大面积柔性接触,通过气囊内部气压的调节和机器人抛光系统对抛光工具的运动轨迹和姿态的精确控制,可有效地提升自由曲面抛光的品质和效率。     

Cycloids for polishing along double-spiral toolpaths in configuration space

An automated polishing process of free-form surfaces requires a tool path that covers the entire surface equally and forms an overlapping pattern without visible artifacts. The recently presented double-spiral tool paths assure a coverage of the entire surface with a continuous, non-overlapping path and low variation in distance between adjacent traces of the path. We build upon this approach by constructing cycloids of flexible radii that fill the space between adjacent traces. The use of cycloids mimics the cyclic movement when polishing by hand. The approach operates in a precomputed configuration space (c-space) given in form of an adaptive quadrilateral heightfield mesh. Operating in c-space avoids having to deal with the issues of patch-boundary oscillations or long, stretched triangles in non-uniform rational b-spline surface or triangular mesh representations, respectively. Our algorithm computes appropriate spheroids that are intersected with the c-space to compute the cycloids. We derive a smooth representation of the cycloids using arcs in a rational Bézier formulation. We apply our approach to real-world examples to demonstrate its effectiveness in covering the entire surface with the desired polishing movements.     

自由曲面数控加工刀具轨迹生成的约束条件分析

在提出自由曲面数控加工过程和刀具轨迹的规划原则情况下,分析无干涉控制、恒表面速度进给、伺服能力控制和相邻加工曲线影响等轨迹控制的约束条件,实时对轨迹的生成进行系统优化控制。通过系统分析刀具轨迹生成的约束条件,为刀具轨迹优化控制提供决策,对提高自由曲面的切削质量和加工效率具有重要意义。     

自由曲面磁流变抛光最佳压力场获取方法

针对自由曲面光学元件面形较复杂的特点,文中提出了一种磁流变抛光最佳的压力场获取方法.首先通过对磁流变抛光自由曲面光学元件抛光区域的压力场进行分析,得到压力场影响因素;其次,结合压力场影响因素,基于几何相贯理论建立压力场量化形态学评价方法;然后,基于自由曲面的几何模型,将该方法分别用于平面、不同曲率的球面和自由曲面,进行...     

复杂自由曲面曲率分布特征对数控铣削性能的影响

针对复杂自由曲面的数控铣削性能难预测的问题,提出曲面曲率分布特征值,用于评价数控加工效率和加工精度。在构建的刀位面上策划等间距行走的刀位轨迹,建立刀位轨迹长度和刀具间的最大残余高度作为加工效率和加工精度的评价指标,分析曲面曲率分布特征值对加工效率和加工精度的影响。试验结果证明该自由曲面数控加工模式的有效性。分析发现,随着曲面曲率分布特征值增大,刀位轨迹长度和最大残余高度同时增加,导致加工效率和加工精度同时下降。此外,在曲面曲率分布特征值小于0.5 mm–1时,加工效率降低幅度不超过7 %,但加工精度却下降6～7倍。因此,曲面曲率分布特征值可用于评价和预测复杂自由曲面的数控铣削性能。     

不锈钢电水壶曲面机械抛光方法研究

为解决不锈钢电热水壶在手工抛光方式中存在的污染严重、抛光效率低和质量不稳定等问题,成功自主研发了一套电水壶曲面自动化机械抛光系统,该系统采用了多磨具多工位的抛光方法,可夹持三个水壶同时进行抛光,提高了抛光效率。为确保水壶表面抛光质量,规划了螺旋式刀具路径,同时提出了基于示教法的抛光刀位数据生成方法,并利用NURBS曲线拟合的方法对刀具轨迹进行优化。实验结果证明,与手工抛光方式相比较,该方法大大提高了抛光质量和效率。     

NURBS插补方式对数控铣削加工质量的影响

针对自由曲面加工误差较大的问题,从插补方式的角度进行了对比研究。对相同的二维抛物曲线分别以直线插补、直线-圆弧插补和NURBS插补三种插补方式进行实际加工,利用三坐标测量仪对所加工曲面轮廓进行测量,并获取相应的加工误差分布曲线。分析结果表明,NURBS插补刀具路径可以改善零件的加工精度和表面光顺性,有效地提高生产效率,并能够减少曲面后续抛光的工作量,较好地满足自由曲面高性能数控加工的需要。     

机器人超声研抛自由曲面的精加工系统

论述自由曲面精密加工领域内机器人的应用背景,介绍机器人超声弹性研抛系统的构成及工作原理,建立面向自由曲面的机器人加工系统的控制模型,实验证实该系统方案的可行性和技术的先进性。