复杂曲面零件在线检测系统的开发与应用

复杂曲面零件特别是大型零件加工精度检测问题是先进制造技术领域急需解决的重要问题.数控机床在线检测技术则是实现被加工零件加工精度检测的新手段,因其方便、快捷、无需二次装夹,具有良好的应用前景.给出了面向复杂曲面零件加工精度在线检测的系统总体结构,描述了系统所包含的主要功能模块,给出了系统开发中需要解决的测点分布、测量路径生成与仿真、测量误差补偿等模块的实现方法和技术路线.     

复杂曲面零件加工精度原位检测系统的残余误差补偿

复杂曲面零件数控加工后直接进行原位加工精度检测和误差补偿,是实现精密产品闭环制造模式的有效途径。原位检测系统的误差来源于测量系统误差和机床运动系统误差,经相关的误差分离与误差补偿后,仍存在较大的残余误差,影响检测精度及其推广应用。针对原位检测系统的检测精度问题,开展检测系统残余误差的回归建模与补偿研究,在机床几何误差、测头半径误差以及预行程等基本误差补偿的基础上,建立基于偏最小二乘回归分析算法的误差回归模型,实现曲面零件测点法矢方向的检测数据二次补偿。在算法实现的基础上,列举复杂曲面零件进行数控加工与在线检测的试验研究。试验结果表明,二次误差补偿方法可以进一步提高原位检测系统的检测精度。     

复杂曲面零件的在线检测路径规划方法研究

在线检测技术可以实现曲面零件特别是大型复杂零件加工精度的快速检测,能避免产生因二次装夹而出现的重定位误差。笔者针对在线检测技术的关键问题——检测路径规划开展研究,提出了基于零件三角网格模型测点法矢方向的检测方法,采用贪心局部优化算法和蚂蚁算法对测点路径进行优化,并对实例零件在取不同测点情况下两种算法的路径优化和测量效率进行了分析和比较。     

面向自由曲面零件装夹的自适应夹具设计

针对叶片零件顶端修复过程中由于几何形体差异导致的难以通过固定夹具夹紧叶片的问题,开展自适应于叶片型面的夹具设计与加工过程变形分析。根据叶片顶端特征的修复需求,采用球端针式螺钉阵列对叶片型面进行夹紧。通过有限元软件分析叶片模型夹紧力与加工变形,可知:合理确定螺钉阵列的位置分布与夹紧力大小,使叶片受力均匀,可减少叶片在顶端加工过程中的变形量。     

工程训练指导教师评价体系的构建与实施

目前国内高校缺乏针对包括工程训练指导教师在内的实验实践课教师的评价体系,且现有教师评价体系缺乏考察教师如何培养学生创新精神和实践能力的评价指标。从评价内容、评价方式、评价主体、评价反馈等方面的改革入手,尝试构建与国家应用型创新人才培养目标相适应的工程训练指导教师评价体系,提出了相应的评价指标及实施要点。     

复杂曲面零件加工精度的原位检测误差补偿方法

为提高复杂曲面零件的数控机床原位检测精度,分析影响接触式检测系统精度的各项因素及其误差补偿方法。对检测系统的主要误差来源如机床几何误差、测头预行程误差和测头半径误差进行分析研究。在对数控机床的几何误差进行分析和建模的基础上,采用激光干涉仪进行三轴数控机床的单项误差测量和补偿;针对测头检测过程中存在的预行程误差,提出基于径向基函数(Radial basis function, RBF)的预行程误差预测方法,获得测头预行程误差分布图,并对检测系统进行实时预行程误差的补偿;提出改进的三角网格模型顶点法矢计算方法,有效进行三维测头的半径补偿。通过实例零件的加工精度原位检测试验及其与三坐标测量机CMM检验结果的比较,验证了原位检测方法的有效性。     

复杂曲面零件在线检测与误差补偿方法

复杂曲面零件的高精度加工与精密检测一直是数字化制造领域的研究热点。为提高复杂曲面零件的加工精度、检测精度,提出一种集数控机床在线检测、加工误差分解与补偿加工为一体的集成化方法。介绍集成化在线检测方法及补偿系统的基本原理,分析数控加工后曲面零件测点数据的误差组成,提出一种基于空间统计分析的加工误差分解方法,在建立基于B样条曲面的确定性曲面回归模型的基础上,对回归模型残差进行空间独立性分析,分解出系统误差和随机误差,进而通过数控代码的修改,实现零件加工过程的系统误差补偿。列举一个曲面零件的加工与检测实例,进行方法有效性验证。通过加工工件的在线检测、误差分解、代码修改及补偿加工等环节,实例零件的加工精度有了大幅提高,而该系统的检测精度也通过与三坐标测量机(Coordinate measuring machine, CMM)检验结果的对比,得到了有效验证。