复杂曲面零件五轴高速进给加工的关键技术分析

复杂曲面零件在运载、能源、国防等行业中实现了广泛的应用,复杂曲面零件加工技术具有极为重要的价值,在一定程度上反映了国家制造业的水平。复杂曲面零件对加工技术的要求较高,尤其是五轴高速进给加工技术,是复杂曲面零件加工的关键,必须要给予关键技术一定的控制。     

复杂曲面数控加工刀具轨迹规划技术研究进展

刀具轨迹规划一直是复杂曲面数控加工中的重点研究内容。针对复杂曲面轨迹规划的关键技术,对现有轨迹规划算法的发展与现状进行了综述,同时对刀具干涉类型、干涉消除算法以及行距和步长的确定进行了总结。分析了当前研究中的不足,指出一些新的研究成果尚不能完全满足工程实际需求,认为复杂曲面加工刀具轨迹规划技术应兼顾理论研究与实际应用,并考虑机床的运动学与动力学特性以实现高效、高速加工。     

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.     

复杂曲面宽行数控加工理论及其应用研究

数控技术是先进制造技术的基础和核心,已经成为衡量一个国家制造业发展水平的标志。作为数控技术的重要组成部分,数控加工编程技术一直是人们的研究重点和难点。随着航空航天、汽车、新能源、微电子等领域的发展,不断出现的复杂曲面零部件对数控加工编程技术提出了更高的挑战。目前,以实现宽行线接触为目标的宽行数控加工技术已经在加工效率方面体现出了比较明显的优势,但在理论及应用上尚有大量的研究工作亟待努力开展。为此,本文以圆环面刀具为基础,对复杂曲面宽行数控加工编程技术中的刀具定位、刀轨规划等基础理论进行了深入研究与实践。对现有的多点切触加工理论和几种典型多点刀位算法进行了分析,以最大化加工带宽为目标,以保证刀具表面和工件     

复杂曲面三维轮廓精度数字化比对检测与误差分析

针对外形复杂的自由曲面,缺乏准确高效的检测方法这一现状,提出了基于光学测量和计算机图形图像处理技术的三维检测方法。利用激光扫描技术获取复杂曲面点云数据,通过快速检测软件,将扫描点云数据与CAD模型进行比对。介绍了实物模型数字化过程及多视点云数据拼合方法。针对可能产生加工误差的原因,以一尊佛像为例,检测了复杂曲面的3D偏差,并结合加工工艺分析出了实际误差产生的原因。该研究为复杂曲面的检测、加工质量控制提供了科学、快捷的方法。     

面向数控加工的自由曲面区域分割技术

自由曲面主要是通过数控加工实现,数控加工刀具轨迹规划对自由曲面加工的效率和质量有重要的影响。基于区域的刀具轨迹生成策略是通过识别自由曲面上有意义的特征,将具有相似的加工属性的局部曲面分割成相应的区域,这个过程称为区域分割,再以区域为单位自动生成数控加工刀具轨迹。该加工策略的关键技术是区域分割,针对面向数控加工的自由曲面区域分割技术的进行归纳综述,主要分三个部分:面向数控加工的自由曲面区域的概念和分类、区域分割算法、区域分割技术在自由曲面数控加工中的应用。对以上每个方面中涉及的概念和方法进行简短介绍,就学者们所提出的方法的主要优点和缺点进行讨论。在文章的最后,提出了目前该研究领域仍存在的问题,并对发展方向进行了展望。     

复杂曲面加工技术的研究现状与发展趋势

随着高新技术的发展,复杂曲面的应用也越来越广泛,其应用主要取决于两个方面:一方面是力学特性和功能的需要,使设备满足特定的性能要求,这就要求产品形面达到高精度的数学特征;另一方面是外观美学效果的需要,满足人们对产品外形的需求.复杂曲面的发展和实现,又取决于复杂曲面的设计技术和制造技术.从3个方面分别阐述它们的研究现状与发展趋势:复杂曲面设计技术,如曲面造型设计技术、反求技术;复杂曲面加工技术,如光学自由曲面加工技术、复杂刀具加工技术;复杂曲面加工设备,如功能部件、控制系统等.指出复杂曲面设计技术、加工技术及加工设备发展存在的主要问题,对其发展趋势进行科学预测.     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

逆向工程在激光内雕中的应用研究

激光内雕作品具有很高的艺术价值,针对具有复杂曲面的激光内雕作品设计难度较高,逆向工程技术在复杂曲面建模方面速度快的特点,开展逆向工程技术在激光内雕中的应用研究。以玩具挖土机为例,使用手持式激光扫描仪和Geomagic studio逆向软件进行模型设计,运用激光内雕软件LaserImage2007、LaserControl2007进行模型的点云处理和控制激光内雕机进行模型加工。研究结果表明,将逆向工程和激光内雕加工结合起来进行激光内雕作品加工的方法是可行的。     

超精密切削的复杂曲面微加工研究

随着微机电和纳米技术的快速发展,复杂形面微小零件的超精密加工显得越来越重要。本文通过对复杂曲面超精密加工的研究,针对金属材料制作的复杂形面微小零件的超精密切削工艺进行了深入研究。     

流场动态分析与主动分流的复杂曲面构件电解加工技术研究

正项目负责人:徐正扬(E-mail:xuzhy@nuaa.edu.cn)依托单位:南京航空航天大学项目批准号:510051191.项目简介整体叶盘/叶片等复杂曲面构件是航空发动机中最为重要的零部件,其型面扭曲、结构复杂、材料难加工、精度要求高,对制造技术提出了很高要求。电解加工技术是制造难加工材料复杂曲面构件的主要制造方法,其中流场问题是电解加工技术的核心环节。本项目针对整体叶盘/叶片等复杂曲面零部件的电解加工技术开展研究,重点研究复杂曲面电解加工的流场问     

超长精密内深孔加工

为了解决现代深孔加工技术领域中长径比L/D≥20以上超长通深孔、盲深孔,特别是两端小中间大,中部带有圆柱面、锥面、球面等复杂曲面的超长异型深孔零件无法大幅扩孔、镗削加工的难题,对加工工艺进行了深入研究,并开发设计了一种具有防振、自导向和负压抽吸功能的高效精密偏心内扩孔镗刀,在实践中获得了满意的使用效果。     

复杂曲面的逆向造型设计及多轴联动加工

基于逆向工程技术及CAD/CAM技术的平台,针对某一工艺品的点云模型文件,利用逆向工程软件Geomagic完成复杂曲面的NURBS曲面三维造型并进行误差分析。根据该复杂曲面零件的结构特点,合理制定加工工艺,运用UG软件生成多轴加工刀具轨迹及数控加工代码。最终经Vericut软件构建的双摆台五轴机床验证了数控程序的正确性。研究表明,利用逆向造型软件对复杂曲面产品进行NURBS曲面重构,结合CAD/CAM技术,不仅能高效地对复杂曲面产品进行二次设计,从而大大缩短产品开发周期,而且也能为复杂曲面零件的仿制加工提供依据。     

ELID磨削技术在回转曲面加工中的应用

ELID(Electrolytic In-Process Dressing)磨削和轨迹包络磨削加工法(AEGM)是近年来发展的高效、精密磨削加工方法。本文在介绍这两种加工方法的基础上提出了应用ELID磨削技术采用轨迹包络磨削法加工回转曲面的加工工艺,在充分发挥ELID磨削技术和轨迹包络磨削加工法优点的基础上,可以实现回转曲面的高效、精密磨削。     

基于特征的曲面高速加工方法的研究

高速切削技术是大型复杂曲面加工的重要手段.在运用球头铣刀对大型复杂曲面进行整体加工时,由于参与切削的切削刃单元的分布状态和数目的变化使切削载荷不均匀,切削力波动加剧,影响曲面加工质量和刀具寿命.同时,不同形状特征的曲面组合使整体加工很难选择合理的加工工艺.本文在分析了上述问题的基础上,从曲面加工特征的角度出发,提出了对曲面从微分几何理论和实际应用中的刀轴倾角进行分类,根据曲面分类对复杂曲面进行分区域并选择合理的刀具轨迹生成方法,从而提高大型复杂曲面的加工精度和效率.     

面向高效节能的复杂曲面分区数控铣削加工优化方法

复杂曲面加工常采用统一的切削参数和刀具路径完成整个曲面加工,未考虑复杂曲面几何特性变化对能耗和加工时间的影响关系。以复杂曲面为研究对象,根据曲面曲率特性并运用模糊聚类算法对复杂曲面进行分区。在此基础上,针对每一个分区曲面,采用正交试验方法确定能耗和加工时间综合最优的切削参数和刀具路径,即实现复杂曲面加工总能耗最低和加工时间最短。最后,将所提出的曲面分区铣削优化方法与传统曲面整体铣削方法作对比,验证了所提方法的有效性。     

复杂曲面高效铣削加工的刀具尺寸优选

刀具尺寸是影响复杂曲面数控加工质量和效率的重要因素,基于刀具尺寸与曲面加工质量和效率的函数关系,给出了保证加工曲面精确性的最优小刀具选择方法,建立了以效率最高为目标的合理大刀具尺寸优选算法,并针对几何特征复杂的曲面,提出了以刀具加工有效面积比值为参考的刀具组合选择方法。应用实例表明:该刀具尺寸优选策略在充分保证复杂曲面加工质量的前提下,能有效提高其整体加工效率。     

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。     

高精度质量检测在航空器叶轮五轴加工中的应用

以航空器叶轮五轴高速加工为基础,针对叶轮复杂三维扭曲流道空间曲面检测困难的问题,研究了在机检测和智能修正技术、三维扫描检测技术,并利用工业级蓝光三维检测系统,对航空器叶轮进行五轴加工和准确、高效、可靠的三维数字化高精度检测。结果表明,该方法可快速实现高精度三维全尺寸检测,提高了测量效率。     

复杂曲面零件超精密加工方法的研究进展

超精密加工技术是降低工件表面粗糙度、去除损伤层,获得高形状精度、表面精度和表面完整性的终加工手段。复杂曲面零件的广泛应用和精度要求的不断提高,取决于复杂曲面零件的超精密加工技术。概述了复杂曲面零件的超精密成形加工、超精密抛光等加工方法,分析各种典型加工方法和材料去除机理,从加工精度、工具与曲面吻合度、加工效率与成本、环境友好性等方面对几种复杂曲面超精密加工方法进行比较。对复杂曲面零件超精密加工技术的发展趋势进行预测。