G~1连续的截面数据高精度重构方法研究

针对逆向工程中分段点无法精确提取导致边界约束信息不准确,进而造成截面特征重构结果不理想的问题,提出一种高精度截面数据重构方法。根据截面数据的离散曲率信息初步提取分段点,确定理想分段点所在区域,并以区域端点为界将截面数据分割成具有单一特征的数据段;优先重构直线,再重构自由特征:耦合边界约束模型和自由特征自身的重构模型,建立优化模型,采用拉格朗日乘子法求解。在自由特征的重构过程中,建立特征间连接点的精确提取模型,利用黄金分割法动态搜索最优连接点。实例分析表明,由于特征间连接点的高精度识别,使得重构结果能很好地还原产品模型的初始设计意图,提高了重构三维CAD模型的精度和质量。     

自由曲线轮廓加工的圆弧样条刀具路径研究

给出了一种平面曲线轮廓的圆弧样条拟合及刀具路径生成算法，该算法面向零件轮廓的光顺性刀具路径生成，通过应用曲线的曲率关系，对以NURBS表示的被拟合自由曲线按参数递增的方向用G^1连续的圆弧或直线段逐段拟舍，并生成相应的圆弧样条刀具路径，从而实现零件曲线轮廓表面的光顺加工。实例计算和分析结果证明了该算法具有计算稳定性好、计算效率高的优点，易于在数控加工中实现。     

基于C3连续PH曲线的短线段拐角实时光顺算法

为了实现连续短线段加工过程中机床各轴运动的跃度连续,基于PH曲线弧长可解析计算的特点,提出了C³连续实时光顺算法。通过在相邻短线段间构造满足最大近似误差约束的对称PH曲线,实现了直线段与PH曲线衔接点处C³连续的平滑转接。同时采用五次多项式的柔性加减速曲线对光顺后的刀具路径进行速度规划与插补,保证了机床各轴运动的跃度连续。针对相同的刀具路径,通过仿真实验对两种拐角光顺算法进行对比分析,结果表明,所提算法相对于C²连续光顺算法的跃度波动平均下降了44.3%,加工时间减少了4.6%,降低了机床的振动,提高了加工质量和效率,具有更平滑的跃度曲线。     

基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制

在交叉耦合控制中,轮廓误差估计公式不仅用于估计轮廓误差大小,而且用于确定交叉耦合系数。估计公式的准确性直接影响轮廓控制精度,传统公式在大曲率位置存在明显估计误差。针对平面自由曲线的轮廓误差估计,研究点-曲线距离函数的微分特性,利用距离函数的Taylor展开提出高精度二阶估计方法,并指出基于密切圆近似的传统二阶方法在象限切换时存在的计算问题,同时对传统公式进行修正。在此基础上设计综合位置闭环反馈和交叉耦合控制器的轮廓跟踪控制器,并结合NURBS曲线进行两轴控制试验。试验结果表明:所提出的二阶方法相比于传统公式轮廓误差估计精度更高;基于所提出的二阶方法和传统公式设计的交叉耦合控制器,前者相比于后者可以显著提高轮廓控制精度。     

G~2连续的A级曲面精确重构及光顺技术研究

A级曲面重构中拟合高精度曲面过程复杂繁琐,需要进行大量运算,且曲面拟合后没有保留参数特征,无法编辑修改,进而造成曲面逆向重构工作反复进行。针对上述问题提出一种高效准确的方法进行曲面重构。根据K-邻域搜索的离散点云,采用直线、圆弧等多方式分段插值拟合出曲率连续过渡的曲线,保留参数特征,方便修改;再利用NURBS理论拟合曲面,通过调整控制点、权因子和节点矢量等因素,确保曲面拟合精度和曲率连续过渡。经过实例分析,此方法拟合A级曲面快速准确,并保留了曲面形状参数,提高了曲面重构的精度和效率。     

基于刀具轮廓控制的曲面零件抛光自适应补偿研究

针对采用球形刀具对工件进行抛光的过程中,刀具磨损会导致法向抛光力发生变化,从而影响曲面零件的抛光质量的问题,在考虑刀具磨损的情况下,提出一种基于刀具轮廓控制的曲面零件抛光自适应补偿方法,该方法可以实现精确的刀位点控制以及抛光力的自适应控制。首先分析在机器人抛光系统刚度影响下的法向抛光力和变形量的关系,结合接触条件建立刀具轮廓模型,根据刀具轮廓模型和刀具受力分析模型求解期望抛光力,最后通过刀具位置的自适应补偿,使机器人抛光过程更加柔顺。实验结果表明,采用该方法可以显著提高曲面零件抛光质量。     

G~2连续的三次有理Bezier样条插值曲线

有理插值问题至今没有得到完善解决。本文探讨了局部有理插值 ,给出了利用每个型值点处的曲率 k1 为调节参数 ,来得到 G2连续的保凸插值三次有理 Bezier样条曲线的方法     

自由曲面加工刀具路径生成高精度变步长算法研究

提出了一种能适应曲面曲率变化的高精度等弓高误差变步长算法,通过判断曲线上对应参数增量点的曲率符号,采用两种校核方法求取弓高误差,快速确定对应等弓高误差的下一参数点可能的上下区间,采用黄金分割法精确求取曲线上对应的最大弓高误差点及步长参数增量,解决了目前加工步长算法中,假设步长内曲线等曲率半径,采用曲线与直线段中点连线距离代替最大弓高误差造成的超差问题,从而实现了完全意义上的基于等弓高误差法的加工步长规划。仿真结果显示:该算法与传统的步长规划方法相比,可以减少加工步长段数,提高步长内的弓高误差精度。     

基于MasterCAM的刀具路径区域控制研究

Master CAM软件是一款非常优秀而专业的数控加工自动编程软件,拥有如挖槽加工、等高外形、环绕等距等十几种曲面粗精加工方法,每种曲面加工方法都有各自的特点和适应范围,对复杂曲面进行加工时,特定的加工区域总是对应一种最优曲面加工方法。所以在利用Master CAM软件进行数控加工编程时,通过采用限定刀具的背吃刀量、限制刀具边界、设置干涉面、添加辅助线、修剪刀具路径等措施来限定刀具切削的范围,控制加工区域,从而提高产品的加工效率,保证加工质量。     

高精度金刚石刀具研磨关键技术研究

金刚石刀具刃口锋利度对所加工零件的表面质量有着重要影响。通过确定合理的研磨设备结构和合理的研磨工艺参数,获得的刀具刃口锋利度从300 nm提高到了50nm,刀面表面粗糙度从15nm提高到了0.5nm,刀具刃口质量得到了明显改善。     

G~2连续非均匀B样条闭合曲线迭代拟合算法

基于盈亏修正思路,提出一种二阶连续B样条闭合曲线迭代拟合算法,解决闭合曲面截面线重构问题。该算法在非均匀B样条曲线迭代拟合基础上,加入曲线闭合和二阶连续性等约束,迭代得到曲线控制点以拟合闭合曲线。最后以扭曲叶片截面线轮廓实例验证了算法有效性。     

高精度刀具测量仪的视觉系统研究与设计

为了改善传统刀具测量仪重复测量精度低的问题,对刀具测量仪的视觉系统进行了深入的分析,并设计了刀具测量仪的视觉系统。通过光路分析和理论计算确定系统的指标参数,并以此参数为依据结合ZEMAX光学软件对视觉系统进行了详细的设计,通过控制景深大小来提高系统重复性。实验表明,应用这套视觉系统的刀具测量仪重复测量精度达到±2μm。     

金刚石刀具锋锐轮廓几何评定方法研究

金刚石刀具刃口的锋锐轮廓是影响超精密加工的一个重要参数。在对金刚石刀具刃口轮廓三维测量的基础上，提出了精密评定切削刃锋锐轮廓的几种新方法。其中对圆评定方法、椭圆评定方法和抛物线评定方法进行了研究，实验结果表明这些方法不仅具有较高的评定精度，而且还有利于对超精密微切削机理进行分析研究。     

基于轮廓提取的刀具磨损量检测研究

为了提高车削加工过程中的刀具磨损检测效率,降低生产成本,提出了一种基于轮廓提取的刀具磨损量检测算法。由CCD相机获取刀具磨损图像,通过图像预处理、图像的形态学处理、阈值分割、改进的轮廓找寻算法实现了刀具磨损区域的连通域轮廓点集的提取,通过连通域外接矩形实现了刀具磨损量的精确测量。开展刀具切削磨损检测试验,通过与光学显微镜测量结果对比,结果表明:该算法能够实现较高的检测精度,能够利用算法搭建刀具在机检测系统。     

齿轮倒角轮廓协同高精度测量方法的研究

为实现对制造业中复杂工件(如汽车变速箱中的倒角齿轮)表面轮廓的快速、精密测量,研制了协同视觉表面轮廓测量系统。对该系统中采用的图像处理、测量路径的规划进行了研究。首先使用面阵图像传感器拍摄齿轮图像,对图像进行边缘处理,利用齿轮的边缘点拟合齿轮的中心,在结合标定算法定位齿轮倒角的待测局部区域。然后,根据测量要求规划测量路径,驱动XY电动平台携带高精密的点视觉激光位移传感器沿测量路径完成对带测量区域的测量。最后,使用计算机对激光位移传感器所测得数据进行处理,输出测量报告。该系统经工厂实际测量验证,对齿轮倒角表面轮廓的高度方向(Z方向)测量精度为1μm,对X和Y方向的测量精度达到5μm以上。结合图像传感器测速快,激光传感器精度高的优点,提出一种利用图像传感器实现高速定位,激光传感器实现精密测量的协同高精度视觉测量方法,并将其用于了齿轮倒角轮廓的测量。     

排水量高精度连续检测方法研究

三轴试验广泛应用在土力学试验中,用于测量土壤强度和变形等特性。试样在高围压、重载荷下的获得的排水量是衡量试样体变的一个重要指标,排水量的测量精度决定试验的成败。然而,针对直径1.0m、高2.0m的超大试样,试验过程中超大试样向外排水量将达到160L,甚至更高,并且流量不均匀,流速时快时慢,排出时间长。传统的排水量检测方法由主观、客观原因很难满足对其高精度连续测量。该文对常用的传统排水量测量方法的特点进行了分析与梳理,详细阐述了传统排水量测量方法对超大试样排水量测量所面临的难题,最后提出一种满足超大三轴试验中超大试样体变(排水量)特点的连续高精度测量装置设计方案,并对该方案进行了试验验证,试验结果表明,该装置测量精度较高,装置稳定性较好,能够实现对超大试样排水量连续高精度检测。     

金刚石刀具刃口轮廓新型检测方法与技术

研究了原子力显微镜扫描方式及原子力微探针坐标方式的刃口轮廓测量技术。原子力探针新型检测方法与技术可以在亚微米尺度内很好地克服传统测量方法精确度低的缺点，而且操作简便，为目前超精密加工领域中金刚石刀具研磨技术水平的提高提供了有利的技术手段。     

基于MasterCAM的刀具路径区域控制探讨

模具零件因其复杂的空间形面和形面特征而广泛采用数控加工方式。以常见的凹槽模具为例,基于MasterCAM对其数控加工过程进行了分析和参数设定。运用不同铣削方法完成了粗、精加工程序的编制与仿真,分析比较了典型的粗、精加工组合方式的加工质量和加工时间,确定了合理、高效的铣削方法,旨在探索一种优质、高效的数控加工方法,保证加工精度和质量、缩短产品生产周期、降低加工成本。     

微织构刀具连续磨损建模与仿真研究

建立切削过程中的微织构刀具连续磨损有限元模型一直是难点。为分析微织构刀具连续磨损问题,基于能量损失法,在有限元分析软件中建立了硬质合金刀具微切削Ti6Al4V钛合金材料过程中的微织构刀具连续磨损模型,并在刀具前刀面不同位置分别设计单个和多个微织构模型,分析微织构对刀具前刀面月牙洼磨损和后刀面磨损的影响。有限元分析结果表明,前刀面的微织构数量和位置对刀具的磨损程度有严重影响;刀具表面温度是影响月牙洼磨损深度的关键因素;而月牙洼磨损中心到切削刃刀尖的磨损与刀具的Mises应力有直接关系;影响刀具的后刀面磨损主要因素是刀具压力。     

二维轮廓铣削刀具半径补偿算法的研究与实现

介绍了二维轮廓铣削加工条件下刀具半径补偿原理,对平面刀具半径补偿的各种转接类型进行了综合分析,提出了实现方法。以圆弧接圆弧为例给出了刀具半径补偿的算法,用VC6．0开发了刀具补偿算法程序,实现了二维轮廓刀具半径自动补偿功能。这种算法推导简单、运算速度快,能够满足CNC加工的需要。