虚拟轴混联机床研抛模具自由曲面的分片规划

采用虚拟轴混联机床进行模具自由曲面的精加工,为了提高模具自由曲面的研抛精度和效率,论述自由曲面的分片抛光方法。根据计算机图形信息构造特点,将自由曲面划分为一系列曲面信息与工艺特征相同或相似的曲面片族,相似的曲面片族采用相同的工具和相近的工艺参数进行研抛加工。通过理论计算和仿真验证,此方法能够提高研抛效率。     

多轴机床综合误差补偿策略研究

建立精确的误差模型,并对机床进行误差补偿是提高机床加工精度的有效方法。文章以自主研发的五轴机床为研究对象,测量在不同温度状态下导轨的定位误差,通过分析实测数据,得到机床误差分布规律和影响定位误差的关键因素。根据几何误差与热误差的不同特性进行误差分离,分别建立几何和热误差数学模型,最后叠加得到综合误差数学模型。根据综合误差模型,提出机床误差补偿策略,为多轴数控机床实施误差补偿提供基础。     

并联驱动振动辅助旋转运动装置的设计与分析

在椭圆振动切削时,相邻轨迹间残留高度难以消除。设计了一种非共振驱动类型的并联驱动振动辅助旋转切削装置,能主动调整金刚石刀尖的运动频率与幅值等参数,适应不同的工件材料表面加工。该装置采用两压电平行驱动,根据压电叠堆输入的不同而具有不同相位的余弦信号,可调整装置旋转运动平台的旋转角度,进而获得理想的运动形式。通过有限元仿真分析,在200 N输入力作用下的输出端输出位移分别为5.13、11.37、0.061μm,刀具绕刀位点旋转角度近似为8°,前三阶模态分别为3675.5、4232.3、5061.3 Hz。通过轨迹计算分析,当A_1=4μm、A_2=4μm、ψ_1=0°、ψ_2=30°时的旋转角度近似为5.5°;当A_1=4μm、A_2=2μm、ψ_1=30°、ψ_2=60°时的旋转角度近似为5.2°;当A_1=6μm、A_2=4μm、ψ_1=60°、ψ_2=90°时的旋转角度近似为5.8°。结果表明:该方案可实现刀具绕刀位点Y轴做高频往复摆动运动,满足设计要求。     

复杂自由曲面的分片规划

针对模具自由曲面研抛效率低下的问题,根据计算机图形信息和NURBS曲面构造特点,提出了基于曲率的与模糊C中值法相结合的自由曲面分片规划算法。该算法将自由曲面分成若干曲面片,并将几何信息和加工工艺信息相似的曲面片分类归族,即聚类曲面片族。利用分片算法进行的仿真和实验结果表明:此分片算法能够实现自由曲面的分片,按聚类曲面片族进行研抛可提高加工效率。     

超精密研抛机床转摆机构的优化

为了实现复杂光学曲面的研抛加工,自行研制了一台转摆联动的五轴超精密研抛机床,并对其关键组成机构——转摆联动装置进行了优化设计。利用ANSYS Workbench软件对摆台的静力学特性进行了分析;同时以滑块位姿变化过程中摆台变形最小为优化目标,对摆台做了结构优化。基于动力学分析方法对气浮转台进行合理简化,利用ABAQUS对转台的转动部分模态分析。结果表明:优化后的机构在满足承重情况下的最大变形量明显减小,能够满足精密研抛加工的要求。     

多轴机床几何误差建模与补偿技术的研究

基于多体系统运动学理论,分析了多轴机床的拓扑结构关系及各个运动轴的误差项元素,建立了多轴机床运动空间的几何误差模型。基于Labview开发了误差补偿平台,进行了误差补偿试验。通过对比补偿前后各轴线性定位误差和补偿前后的数控加工代码,验证了所建立的误差模型的正确性,且该补偿方法是可行的。     

汽车车身概念设计接头模型的研究

建立了刚性连接接头模型、超单元缩减模型和梁—弹簧接头简化模型三种接头模型,并计算了九种工况下的各种模型的角位移结果。通过三种接头模型与详细有限元接头模型的对比分析,表明梁—弹簧接头简化模型最接近详细接头的力学特性,超单元缩减接头模型最差。     

磁悬浮进给机构设计

设计了一种集磁悬浮技术和线性驱动技术为一体的精密磁悬浮进给机构。这种机构采用直线同步电动机对悬浮平台进给机构提供驱动力。实现了进给机构在水平和垂直两方向的无接触支撑和导向，具有响应快速、刚度高以及定位精确的特点，能够满足微电子设备高精度、高效率和超洁净加工的需要。文章还对磁悬浮力和直线电动机推力进行了分析计算。     

增材制造中STL模型的自适应分层算法研究

增材制造技术是一种先进的智能加工技术,并且通过其制造原理"分层—叠加"来加工实体。为了满足增材制造成型实体阶梯误差的要求,提出一种基于STL三角形网格法向量的自适应分层算法。首先根据三维实体成型后出现正、负偏差原理,得到统一正偏差截面轮廓的选择方法;其次以阶梯效应为依据,根据三角形网格法向量以及所允许的阶梯高度,确定自适应分层的分层厚度;最后对该算法进行实例验证。结果表明该算法符合自适应分层的要求,可有效减少阶梯效应并使得后处理工序更为方便。     

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削（Conventional cutting,CC）与超声振动辅助切削（Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC）两种加工方式,通过有限元仿真软件 Abaqus 对 20%SiCp / Al 复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC 颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及 Al 基体撕裂是影响 SiCp / Al 复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力（主切削力）降低 33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为 531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题, 对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。