基于曲线长度自调整速度方程的非均匀有理B样条插补算法

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线加工过程中速度规划复杂、效率低以及机床震颤剧烈的问题,提出一种高效规划进给速度的NURBS插补算法。预处理过程计算出待加工NURBS曲线插补参数及误差速度,根据误差速度曲线分析加工路径的加减速情况,并基于加/减速区间长度自动调整三次多项式速度方程,实现平滑的速度与加速度曲线;实时插补过程采用基于Adams-Moulton方法计算初始参数,然后采用二分法对参数进行寻优,将插补过程中速度波动控制到加工要求精度范围内,从而降低机床的振动。通过MATLAB仿真,验证了所提算法加减速规划的高效性和参数计算的精确性,表明该算法在复杂曲线曲面加工领域可以提高机床加工效率与精度。     

一种基于反馈补偿的参数曲线数控插补算法

数控加工中,为了满足较高的加工精度和保持恒定的进给速度要求,提高数控系统加工复杂零件的能力,数控系统插补器需要采用较复杂的插补算法,其计算量大,耗时多,影响加工速度.针对这一问题,提出一种简单高效的数控插补算法,该算法引入反馈补偿思想,能对插补过程中产生的误差反复进行反馈补偿校正,直到满足插补的目标要求为止.仿真实例结果表明,提出的算法能满足各种不同参数曲线的加工,与常规插补算法相比,该算法通用性强、计算量小、进给率误差小、计算精度较高,大大缩短了加工时间,进而提高了加工效率.将反馈补偿算法在运动控制卡PMC32-600 DSP上进行实现,通过实际切削试验进一步证明,该算法能有效保证进给速度的恒定性和参数曲线的光滑性,有利于提高参数曲线的加工质量.     

基于de Boor算法的NURBS曲线自适应插补研究

在现代数控加工中已普遍使用NURBS曲线插补,但大多数NURBS曲线插补都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度,对此,提出了基于de Boor算法的NURBS自适应插补算法.将de Boor算法应用于NURBS曲线插补中,并用限定弓高误差对插补的进给速度实行自适应调节,实现了数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,保证了NURBS曲线实时插补和轮廓加工的精度.通过仿真证明了这种插补算法的实时性和实际应用的可行性.     

反求NURBS曲线及其插补算法的研究与应用

在模具设计和制造中,通过三坐标测量仪测量出复杂产品外形曲面上的型值点,通过NURBS反算构建NURBS模型。现代计算机数控系统中已经普遍使用NURBS插补,但大多数NURBS插补算法都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度。因此,提出限定弓高误差自适应进给速度的NURBS曲线插补算法,实现产品的精确造型与精密加工。     

基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线平滑插补算法研究

提出了一种基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线插补算法,该方法对于兼容NURBS形式的高档数控系统至关重要。粗插补计算造成的轮廓误差与插补经过该点时的进给速度大小有关,敏感点则可根据插补微段逼近时的弓高误差来界定。进而,根据相邻敏感点之间的距离,通过增设安全缓冲区等方法,进行速度曲线自适应规划。整体进给速度曲线可以由各部分进给速度曲线连接而成。为评价算法的有效性,采用3次NURBS曲线在三种不同进给速度指令下进行仿真计算。仿真结果证明,该算法很好地将轮廓精度和进给速度的平滑性进行了系统考虑,能在相邻危险点复杂分布的情况下执行柔性的插补控制。     

基于Muller法的NURBS曲线插补算法

在分析NURBS曲线插补原理的基础上,提出了一种基于Muller法的NURBS曲线实时插补算法。该算法首先进行速度控制,由最大进给速度约束、最大弓高误差约束和最大法向加速度约束得到希望进给步长,保证了加工精度。然后利用Muller法迭代计算满足进给步长要求的插补参数,避免了传统方法的复杂求导运算。该算法稳定性好,运算量小,能够对速度波动进行有效控制,并且能够满足实时插补的要求。     

无速度波动的NURBS曲线二次插补算法原理及其实现

针对NURBS插补中的速度波动与计算效率两大问题,提出无速度波动的NURBS割线二次插补算法与NURBS快速求值求导算法。在割线二次插补法中,采用二阶Taylor法对NURBS曲线进行一次插补,在此基础上使用根据无速度波动要求给定插补步长的割线逼近原曲线,从而计算插补点,以消除因截断误差和弦线逼近偏差引起的速度波动。在NURBS快速求值求导算法中,预先计算并存储NURBS表达式中分子式与分母式在节点值处的各阶非零导数,实时插补中使用Taylor公式快速计算NURBS各阶导数,从而避免计算B样条基函数,达到提高计算效率的目的。在自主研发的数控平台上实现了基于所提算法的NURBS插补器,并通过仿真分析与加工实验验证了该插补器是有效且可行的。     

基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法

为了解决NURBS曲线参数插补及其实时性的问题,提出一种新的基于Steffensen迭代法的NURBS曲线参数快速求解方法。算法首先采用线性多步法进行精确的参数值预估,然后结合弓高误差、进给速度等加工条件进行自适应速度规划,再根据规划步长进行参数值迭代校正。算法不需求导,计算快速精确,满足加工精度和数控系统实时性要求。     

基于NURBS最小二乘逼近的微段平滑加工算法

在微段加工方式下,通常需要借助CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助)软件的后置处理将连续的加工路径离散化为大量微小直线段,并生成数控程序,数控系统则根据由微小直线段组成的加工路径进行插补和加工。但是,该方式具有加工程序量过大和需要频繁加减速来满足加工精度要求的两大不足。因此,为了实现微小直线段的高速平滑加工,提出了带权因子和一阶导数约束的NURBS曲线最小二乘逼近算法并加以了初步验证。算法的实质是将由微小直线段组成的加工路径拟合成一条连续的NURBS曲线,作为新的加工路径,然后利用NURBS实时插补对新的加工路径进行插补,实现微小直线段的高速平滑加工。经初步验证,算法有助于改善微段加工方式的加工质量和效率。     

基于速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究

由于NURBS曲线的弧长是曲线参数的非解析积分形式,因而曲线弧长的准确参数化是插补计算的关键。通常,基于泰勒展开或曲线弧长多项式拟合的近似求值方法被用于插补计算;然而,截断误差的引入最终会导致速度指令波动,影响数控加工精度。针对具有最小速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究,首先提出了曲线参数-弧长的三阶拟合多项式方法;然后以该方法计算结果为初值,并提出了求取精确曲线参数的弦截速度校正方法;最后进行了仿真验证。仿真结果表明,所提出的方法计算量小,提高了曲线参数的计算精度,相比于现有的方法,速度指令波动有很大减小。     

液体润滑剂的黏度对边界滑移影响的实验研究

为了了解微纳米间隙中流体的流动特性,采用原子力显微镜对微纳米间隙中的固体和液体边界滑移进行了实验研究,主要研究了液体润滑剂的黏度对边界滑移的影响。实验中采用的固体样品为SiO2,液体样品为两种不同黏度的季戊四醇油酸酯,分子式为C77H140O8,黏度分别为32mm2/s和150mm2/s。采用相对速度法对实验数据进行了处理,结果表明,不同黏度的季戊四醇油酸酯和SiO2表面作用时都会发生边界滑移,黏度大,产生的滑移大。其原因是,随着黏度升高,邻近固体表面的液体分子与和固体表面相接触的液体分子之间的剪切力增大,可更加容易地克服固液界面间的作用力,更加容易产生边界滑移。     

基于粗糙集属性约简和贝叶斯分类器的故障诊断

利用改进的小波包对收集的信号进行特征提取,解决了小波包分解的频率混叠问题;针对故障信息中的冗余属性问题,提出了基于类差别矩阵改进属性重要度的属性约简算法,根据各条件属性在类差别矩阵中出现1的频次定义新的属性重要度,提高属性约简的效率;通过考虑条件属性与类属性间的关联性,提出了基于熵权法的属性加权朴素贝叶斯分类器算法,提高故障分类精度。通过对滚动轴承故障数据的对比分析,验证了所提组合方法在提高故障诊断正确率、快速性方面所具有的优势。     

指数型产品多阶段可靠性增长的Bayes模型

基于D-S证据理论融合验前信息,建立了一种适用于小子样复杂系统多阶段可靠性增长分析的Bayes模型。选择Gamma分布作为失效率的先验分布,通过多源可靠性信息融合,将专家经验转换成概率分布, 利用D-S证据理论融合多个专家信息,确定了先验分布参数,结合产品研制阶段试验数据,根据Bayes统计推断理论,给出了失效率、平均故障间隔时间（MTBF）和可靠度的Bayes点估计和置信下限。以兆瓦级直驱式风力发电机研制试验验证了该模型的有效性。     

基于OE-CM算法的机床主轴热误差建模与补偿分析

针对机床热误差建模过程中,误差信息不透明、数据特性不全面等不利因素,根据机床主轴热误差实验数据,分别采用GM(1,n) 模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型建立主轴热误差预测模型并进行线性叠加,然后采用预测有效度算法调整模型加权系数,建立了最优有效度复合预测模型（OE-CM）以获取最佳预测效果。在VXC-560型三轴数控机床上进行在线实验建模,实验结果表明：OE-CM具有预测精度高、鲁棒性好等特点,整体预测效果优于灰色GM(1,n)模型和LS-SVM模型,适合在复杂工况条件下对机床主轴热误差进行预测和补偿,为提高机床热误差补偿精度建立了理论模型。为了验证该预测模型的有效性,对所研究的机床主轴进行热误差在线补偿,机床主轴Z向最大误差从23.8μm减小到8μm,减幅达到66.4%,较好地提高了机床精度,具有一定的工程化推广前景。     

基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制

针对离合器控制系统中存在的非线性、外部干扰和参数不确定问题,提出了基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制方法。考虑系统参数的不确定性和外界干扰等不确定因素,建立了单个离合器起步动力学模型;基于微分几何的反馈线性化方法,得出系统的控制律;采用基于趋近律的滑模控制方法,设计了存在不确定干扰的离合器控制系统滑模控制器。利用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明该控制器使离合器接合过程的速度跟踪精度高,且鲁棒性好。     

基于单杆矢量的机构复合分离位置函数综合

提出用单杆相对运动差单元构建平面机构函数综合方程式。首先建立单杆的相对位置运动差及高阶运动差通用单杆矢量公式,再通过引入变量和增加单杆矢量附加方程,消除了方程式中非独立的未知角变量及未知高阶角变量。然后用单杆矢量及其附加方程直接建立有限分离、无限接近分离及复合分离位置函数综合的统一通用的多项式方程组,且方程总次数低。讨论了在平面铰链四杆机构函数综合中的复合五位置问题及复合四位置问题上的应用,用实例计算了“实现函数”与“预期函数”的误差并作出误差波动图,结果表明在无限分离精确点及无限接近分离点上可以精确实现预期函数,但按高阶运动特性要求设计的机构不一定能使“实现函数”在所有0阶位置上更逼近“预期函数”。该方法比双杆组、三杆组法简单,模块性非常好,便于计算机自动建模与求解。     

随机变量和非独立区间变量下的可靠性序列迭代算法

针对机械系统中输入变量存在随机变量和区间变量混合的情况,考虑区间变量的非独立性,提出高效混合可靠性分析方法。区间变量使可靠性分析问题变为双层优化问题。为降低双层优化和非独立区间变量对可靠性计算效率的影响,提出了高效序列迭代计算策略,基于椭球模型描述的非独立区间变量,提出将非独立区间变量转换为独立区间变量的方法,并利用二次泰勒近似方法,将区间分析问题转换为易求解的二次规划问题。算例结果表明,所提出的可靠性序列迭代算法具有较高的计算效率和精度;可靠性分析结果受区间变量独立性假设的影响,区间变量独立可导致较保守的可靠性分析结果。     

自卸车发动机舱内热流场分析及优化

自卸车发动机舱为半开放式,且舱内散热负荷大,为避免发动机舱内散热不足、局部热害等问题,结合实车测试与CFD仿真方法分析了舱内热流场散热特性,分析结果表明,发动机舱内风扇罩上部边缘处的回流和紧贴甲板的流动会导致舱内上部热源散热不足。在甲板上增加一组导流板,基于Kriging近似模型方法对其布局进行优化后,舱内热流场得到改善,流向上部热源的冷却气流增加了13.8%,空气温度高于370K的高温区域显著减小。     

圆柱正弦活齿传动扭转振动系统刚度研究

针对圆柱正弦活齿传动过程中的受力情况,基于弹性小变形和变形协调假设,提出了理论状态下啮合作用力分析模型;根据赫兹理论和啮合副的几何关系,建立了啮合副的啮合刚度模型,推导出接触点处主曲率和啮合副啮合刚度计算公式;依据能量不变原理建立了系统扭转振动模型,给出了等效扭转刚度计算公式,形成了一套完整的系统刚度矩阵计算分析方法;结合具体实例进行了分析,发现该扭转振动是一个时变系统且系统刚度矩阵呈现周期分布的特点,求出了周期计算公式,并提出了两种简化求解该扭转振动系统固有频率的方法。分析结果可作为圆柱正弦活齿传动机构的结构设计、振动分析的基础。     

基于硅模具的Zr基非晶合金微零件吸铸制备

基于硅模具提出了一种吸铸成形Zr基非晶合金微零件的方法。采用真空氩弧熔化吸铸炉进行了非晶合金微零件吸铸成形实验,用红外热像仪测量了合金熔液温度,发现合金熔液在1116℃下能够完全复制宽3μm、深3μm的硅方形微槽结构且具有较好的表面形貌。随后分别采用带有多型腔和双层型腔的硅模具进行了吸铸成形实验,成功制备了模数为50μm的非晶合金微齿轮零件,微零件的硬度及弹性模量分别为6.49GPa和94.9GPa。实验结果表明,基于硅模具吸铸成形Zr基非晶合金是一种制备高精度、高表面质量、高性能微零件的有效方法。