电极损耗分层预变形补偿方法

为了提高大损耗量条件下电火花成型加工(DEDM)的精度,提出一种基于初始形状预变形的电极损耗补偿方法.分析电极损耗预变形补偿基本原理,建立以相对体积损耗比为基础的电极损耗量模型.在非均匀有理B样条曲线(NURBS)三维表征的基础上进行电极曲面的离散;根据单次放电损耗量与总损耗量的线性关系,提出基于放电间隙的等损耗非均匀的分层补偿方法;构建基于平均曲率的偏移长度和基于伺服进给的偏移方向的计算模型,得出补偿矢量.结合能量法和遗传算法进行曲面光顺,并建立电极损耗的预变形补偿流程模型,计算电极的预变形形状.算例和实验结果表明,采用该方法补偿后的电火花成型加工产生的平均几何误差小于30μm,有助于实现精密加工.     

电火花铣削加工放电间隙的补偿研究

电火花加工过程中放电间隙对加工尺寸精度有重要影响。对电火花３维仿形铣削加工过程中放电间隙的补偿方法进行了研究。根据自由曲面的Ｂ样条描述方程,求出曲面上任一点的单位法矢在３坐标中的分量,从而推导出了自由曲面加工中放电间隙的３维补偿的计算公式。同时,提供了数控加工中放电间隙补偿过程的实现方法,并进行了分析对比。     

电火花钻削高精度盲孔实验研究

针对电火花加工中电极损耗问题, 提出轴向补偿电极损耗的钻孔方法, 利用黄铜和紫铜2种不同电极材料在超精密电火花加工机床(Sarix SX-200hpm)上, 对钛合金进行不同深度盲孔加工实验, 对比了该法与电极损耗无补偿加工的差异。结果表明,利用该方法加工的盲孔深度能接近预期深度,且紫铜电极加工的盲孔形貌更好。     

加工伞齿轮模具型腔的新型电极设计

现行电火花加工直伞齿轮模具型腔的电极设计不合理，特别是生产中用同一电极作为粗打电极、中修电极和精修电极，致使模具齿形加工精度和加工效率低．提出直伞齿轮电极粗打、中修电极和精修电极的正确设计方法和计算公式，使模具齿形的电火花加工精度和加工效率显著提高。该方法不仅适用于锻模，也适用于塑料模和压铸模等其它型腔模打模电极齿形设计。     

面向自由曲面重构的递归插值分割算法

自由曲面重构的基本原理是根据曲面上的测量点利用参数曲面方法反算控制点,再用参数曲面方法构造曲面模型,目前,利用非均匀有理B样条曲面（简称为NURBS曲面）的反算来构造插值曲面的方法得到了普遍应用,但是,这种方法也存在着处理参数节点区间的分割,及求解大型线性方程组等问题,近年来国外出现了基于递归分割理论的曲面造型新方法,针对这一问题,在分析参数化方法对曲面重构中的不足,介绍了基于递归分割算法的基本原理的基础上,提出了从离散测量点构成的任意拓扑结构初始网格构造自由曲面模型的递归插值算法,该算法简单,实用性强,是一种自由曲面模型重构的有效新方法。     

加工偏置误差对面齿轮传动接触特性的影响

为了对点接触正交面齿轮传动中加工偏置误差的影响进行分析,建立考虑加工偏置误差影响的点接触正交面齿轮传动坐标系,并推导传动中接触点方程,分析加工偏置误差对正交面齿轮齿形及其传动中接触点位置的影响;根据曲面上任意点处主方向和主曲率的求解方法,分析加工偏置误差对传动中接触点处主曲率的影响;根据布希涅斯克问题的解法,推导传动中正交面齿轮上接触点处接触特性方程,并分析加工偏置误差对传动中接触点处最大压应力的影响.研究结果表明,点接触正交面齿轮传动的接触特性对正交面齿轮的加工偏置误差不敏感.     

自由形态网壳结构网格生成的等参线分割法

基于自由曲面造型中普遍应用的B样条(B-spline)曲面的张量积特性,提出适用于自由形态网壳结构的网格生成方法——等参线分割法.介绍该方法的网格生成流程,阐述了该方法的关键步骤——等参线等弦长分割的算法实现,探讨了当曲面局部自相交时通过增加判断条件修正分割结果的方法.结合网壳结构的特殊要求,提出网格质量的评价标准.通过不同类型的自由曲面网格生成算例表明,采用该方法能够显著提高整体网格的形状质量和杆件长度的均匀性、统一性,适用于自由形态网壳结构的建模.     

基于CAD模型的自由曲面检测方法

针对自由曲面的设计和加工特点，提出了采用点接触式三坐标测量机对自由曲面进行检测时，数学模型的建立方法，指出检测点数量的确定不仅与加工设备的精度和检测的置信度有关，而且还与自由曲面的面积大小有关，检测点的分布则应综合考虑曲面的曲率变化情况和曲面形状对测量网格的制约关系。由于非均匀有理B样条方法表达曲面的独特性，对复杂自由曲面应采取分片测量和评价的方法，同时在几何量测量中采用优化搜索的方法确定最小不合格区域，便于后续的分析和处理。     

基于三角Bézier曲面刀轨快速生成算法

提出一种三角Bézier曲面刀轨快速生成算法,该算法引入R*S树构建三角Bézier曲面的动态索引结构,基于此结构快速、准确获取相交的三角Bézier曲面片集,依据所设精度阈值将其自适应离散为三角网格,通过对刀轨截平面与离散后三角网格求交获取交线,进而迭代计算交线各端点在三角Bézier曲面上的近曲面点,并将近曲面点作为刀触点,沿其所在曲面法矢偏置获取刀位点并进行干涉点处理,顺次连接各刀位点生成三角Bézier曲面数控加工刀轨.实例证明该算法可快速、准确获取复杂三角Bézier曲面数控加工刀轨。     

基于Labview的电极丝损耗在线检测系统

在空间复杂曲面零件及大厚度、大行程模具零件加工中,为了消除电极丝损耗对加工精度的影响,分析了导致电极丝损耗的主要因素以及对加工精度的影响．提出了一种电极丝损耗实时检测方法．以北京众为兴公司M系列数据采集卡PCI-1203和北京海泉公司的高精度位移传感器为硬件,以Labvicw为软件开发平台,设计了快走丝电火花线切割电极丝损耗实时检测控制系统．该系统通过数据采集卡对现场的电极丝损耗进行实时采集,并由开发的软件平台对采集的信号进行分析与处理．同时将采集的数据存盘,调试结果表明,该系统具有界面友好、测量精度高、安全可靠、易于操作等特点,为后续研制电极丝损耗在线检测及实时补偿控制系统打下良好基础．     

复杂模具自由曲面抛光工艺规划的研究

抛光是模具自由曲面自动化加工中的重要工序．本文对复杂模具自由曲面抛光的工艺规划技术进行了研究,首先详细给出了抛光工艺规划步骤,即自由曲面分区、磨具的选择、路径规划、加工参数优化和抛光次数的确定;提出了三种确定抛光次数的方法,即表面粗糙度法、材料去除深度法和效率法,并具体给出了每一种临界抛光次数的计算方法．     

四象限模拟太阳敏感器的高精度补偿标定方法

为了提高微纳卫星的定姿精度,针对四象限模拟太阳敏感器提出高精度误差补偿方法,设计完整的自动标定流程. 分析四象限硅光电池片光生电流的测量过程,将太阳光入射后的投影关系进行建模,提取主要误差源. 综合考虑各环节,对各路电流测量误差进行单独矫正,对机械加工与安装误差和忽略遮光罩厚度导致误差进行补偿,形成了完备的补偿方法. 实验结果表明,机械加工与安装误差为主要误差源,忽略遮光罩厚度导致误差的影响略大于电流测量误差的影响. 应用该方法在±40°视场范围内补偿前平均精度为3.072°（1σ）,补偿后平均精度为0.177°（1σ）,现有其他方法标定后精度为0.5°（1σ）,提出方法的精度提升了约3倍. 针对标定测试工序,设计全流程自动化标定测试方法,效率明显提高,适合大批量应用.     

考虑工件热变形的大型结构件误差建模与补偿

为减少大型结构件的加工误差,基于热特性分析建立了考虑工件热变形的综合误差模型及其补偿方法.分析光栅尺温度变化产生热变形的机理,并通过热流研究光栅尺局部的非线性温度变化规律,对龙门加工中心几何误差和热误差分别建模,并叠加生成复合误差模型.建立工件热变形与温度变化量之间的线性模型,并分析加工过程中复合误差与工件热变形之间的相互关系,建立考虑工件热变形的综合误差模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研制的误差实时补偿系统,并依据考虑工件热变形的综合误差模型,实现对龙门加工中心的误差补偿.结果表明:只考虑机床误差时,复合误差模型有很高的预测精度,但并不能应用到有较大工件热变形的大型结构件加工中;而考虑工件热变形的综合误差模型在大型扭力臂的实际加工中效果良好,其加工定位精度至少提高了52%.     

Adaptive estimation and nonlinear variable gain compensation of the contouring error for precise parametric curve following

Contour following is one of the most important issues faced by many computer-numerical-control (CNC) machine tools to achieve high machining precision. This paper presents a new real-time error compensation method aiming at reducing the contouring error caused by facts such as servo lag and dynamics mismatch in parametric curved contour-following tasks. Due to the lack of high-precision contouring-error estimation method for free-form parametric curved toolpath, the error can hardly be compensated effectively. Therefore, an adaptive accurate contouring-error estimation algorithm is proposed first, where a tangential-error backstepping method based on Taylor’s expansion is developed to rapidly find the closest point on the parametric curve to the actual motion position. On this foundation, the contouring error is compensated using a proposed nonlinear variable-gain compensation method, where the compensation gain is obtained according to not only the contouring-error magnitude but also its direction variation. The stability of the system after compensation is analyzed afterwards according to the Jury stability criterion. By design of the compensator in accordance with the presented contouring-error compensation method as well as the stability analyzation result, the balance between the response speed and the contour control stability can be effectively made. Experimental tests demonstrate the feasibility of the presented methods in both contouring-error estimation and contour-accuracy improvement. Contributions of this research are significant for enhancing the contour-following performance of the CNC machine tools.     

自重变形的大型板带轧机机架数控加工补偿

大型板带轧机机架是轧钢设备的核心部件,具有体积与质量大、精度要求高等特点,给数控加工精度控制带来很大的难度。分析引起轧机机架加工后精度丧失的因素,采用有限元法计算机架在加工位置的自重变形,通过侧立采样法进行误差补偿,减少因机架加工位置和实际工作位置不同而产生的自重变形误差。经检测加工的机架尺寸精度及形位精度均符合要求。     

数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用

对数控机床几何和热误差进行补偿是提高数控机床加工精度的有效方法.对数控机床的几何误差和热误差进行了分类并给出了建模方法.提出了一种基于外部坐标系偏移功能的误差实时补偿装置并叙述了其实现方法.在K360型数控车床进行了X轴定位误差和主轴径向热误差的补偿试验,证明了这种补偿方法在精度改进中的有效性.     

自由曲面砂带磨削轨迹规划与误差控制分析

砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一,针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足,基于砂带磨削加工的特性,提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先,对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导,结合轮与曲面上加工点主曲率关系,通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差,并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后,基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划,同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理,获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后,应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划,并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求,提高了叶片型面的表面质量和精度,证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差,解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题,能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。     

基于B3样条曲线的数控加工刀位轨迹计算的研究

为解决自由曲线（面）数控加工刀具轨迹规划问题,采用B3样条进行轨迹规划.为了解决刀尖与刀心的误差补偿问题,采用等距曲线,推导等距B3样条插值算法.运用该方法加工出来的凸轮精度高,光滑性好.实例说明B3样条曲线同样能达到自由曲线（面）数控加工中要求的精度及光滑性,且计算量小.     

融合轨道动力学的小行星探测器自主视觉定位

针对小行星探测器高精度自主视觉定位问题,提出了一种融合轨道动力学的深空探测器自主视觉定位方法,能修正视觉视觉定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping, SLAM)的定位误差。该方法通过融合轨道动力学的轨道改进技术,能够在缺乏表面先验信息、无人工手动标记的场景下,实现探测器的高精度视觉导航,并建立小行星表面稠密三维模型。首先,基于视觉同时定位和建图方法(VSLAM)提取小行星表面特征,通过因子图优化算法估计探测器位姿,设计回环检测提高定位精度;其次,重构行星表面三维模型,实现基于多面体法的行星不规则引力场建模;最后,提出了一种基于轨道动力学的伪相对运动轨道优化算法,将其作为物理约束修正视觉定位累积误差,分析反演视觉初始定轨误差在轨道动力学中的传播过程,实现修正视觉定位累积误差,改善初始定位结果。仿真实验结果表明,融合轨道动力学可以有效提升小行星探测视觉定位的精度,从而实现高精度导航,为深空探测技术的未来发展提供参考借鉴。     

基于多体理论的五坐标数控机床的热误差建模

基于多体系统理论,针对数控机床加工系统中主轴部分的热误差,首次提出了五轴联动数控机床的热误差模型,并在MAKINO四轴加工中心几何误差参数辨识结果和主轴热误差参数辨识结果的基础上对该模型进行了仿真验证;仿真实验显示该建模方法具有良好的工程应用前景。