基于开放式系统的曲面加工误差动态补偿控制

将基于传感器信息的智能型开放加工系统应用于曲面的高精度加工,提出了曲面加工误差的动态补偿方法。为预测加工误差的补偿量,建立了刀具弯曲模型,分析了刀具弯曲对加工误差的影响。实验结果表明,本系统可有效地提高加工精度,使加工误差降低1／3－1／4。     

空间三维刀具误差补偿研究

目的研究空间三维状态下刀具误差补偿方法,提高多轴加工复杂自由曲面表面轮廓精度。方法首先对五轴加工中刀具与工件接触方式及刀具中心点、刀具接触点位置及矢量关系进行了分析,推导出空间刀具误差补偿数学模型,通过MATLAB初步对补偿算法进行了验证。基于双摆头式五轴机床运动学模型,结合刀具误差补偿模型,开发了带有刀具误差补偿功能的专用后置处理器。最后,通过开发的专用后置处理软件进行G代码转换,采用某叶片试件进行了仿真和实际切削实验,并对实验结果进行了分析。结果在复杂曲面加工中,通过合理的刀具误差补偿方法,可获得理论刀具尺寸下同样的表面质量及轮廓精度。刀具误差补偿值越小,补偿效果越明显,加工效果与理论结果越接近。叶片试件分别采用φ8、φ9、φ9.5及φ10刀具仿真加工,与理论φ10刀具加工的数据对比,三种尺寸刀具补偿加工后的残留误差差值分别约为0.08、0.06、0.04 mm,其中φ9.5的刀具误差补偿后的加工效果与理论结果最接近。结论采用刀具空间误差补偿方法,可获得与理论刀具一样的切削效果,有效提高零件的表面质量,不仅可以获得稳定的复杂零件轮廓精度,还可以减少辅助时间。误差补偿效果与实际补偿值的大小有关,补偿值越小,补偿效果越好。     

曲面数控加工精度的研究

分析了影响曲面数控加工精度的因素,研究并提出了从数控程序设计、工艺系统和控制系统等方面提高曲面加工精度的方法。结果表明：数控加工工艺系统特性和数控系统误差是影响加工精度的重要因素,应尽量购置高精度的机床和数控系统,或采用工艺手段,或设置相应补偿参数,由系统自动补偿功能消除;程序设计的优劣也是影响加工精度的主要因素,应从刀具、加工方法、进退刀与走刀方式的选择和刀具路径规划的验证等方面采取措施,以保证曲面加工精度。     

面向薄壁平坦曲面三维法向补偿方法的研究

在分析薄壁平坦曲面加工变形特点的基础上,提出基于曲面三维法向补偿的曲面重构法,首先以逆向工程将加工变形后的曲面导入计算机辅助设计软件,再以原始自由曲面为基准获得变形点在曲面法向上的反向补偿点,然后由反向补偿点插值生成相应的NURBS曲线,由NURBS曲线构建变形补偿网格曲面,并以变形补偿网格曲面代替原始曲面进行数控自动编程加工,从而实现误差补偿和数控编程一体化,进一步提高了误差补偿精度,可以有效解决薄壁平坦曲面的加工变形问题。通过实践验证了方案的有效性,此法在生产中具有很强的实用性。     

超精密铣削加工自由曲面光学元件误差补偿方法

为提高超精密金刚石铣削加工自由曲面光学元件的加工精度和消除光学系统设计误差,提出了一种适用于多轴金刚石铣削加工的误差补偿方法。通过建立自由曲面光学元件铣削加工过程中的刀具误差模型,用于校正刀尖半径误差、径向偏移误差以及刀具不平整度误差。标准球面测试结果显示其主要误差源产生的残余误差由194nm降低为40nm。在黄铜工件表面加工得到的自由曲面光学表面峰谷值误差和残余误差分别为336nm和49nm,证明了该误差修正方法的有效性。     

螺旋曲面螺距误差计算的研究与应用

螺旋曲面的应用范围越来越广,精度要求越来越高.针对螺旋桨制造工艺中螺旋曲面加工难度大,精度难以保证等问题,对螺旋曲面的螺距误差进行了研究,给出了局部螺距误差的计算方法,通过对局部螺距误差以及截面、叶片的误差计算控制,能够在螺旋曲面制造过程中控制曲面形状,提高制造精度.     

整体叶盘叶片加工补偿策略及实验研究

目的 降低航天发动机整体叶盘的加工误差,实现产品高精度化。方法 建立整体叶盘叶片加工变形量全局分布有限元模型,考虑补偿加工时刀具修正量与变形误差的耦合效应,采用多次迭代法计算叶片变形补偿量;提出反向重构几何模型补偿策略,利用补偿量对叶片几何轮廓进行重构,重新生成包含叶片变形误差信息的刀轨程序。通过某型号航空发动机整体叶盘叶片铣削加工实验和型面精度测量实验,对变形分布预测模型及所提出的反向重构模型补偿策略进行验证。结果 预测结果与实验结果有很好的吻合度,平均误差为7.96%;新的补偿策略数据嵌入方式高效,可显著降低加工过程中产生的变形误差,将成品精度控制在设计的许用公差范围以内。结论 所提方法可以明显提高整体叶盘叶片铣削加工质量,可为后续磨削加工提供更高型面精度的叶片零件。     

侧铣加工空间刀具半径补偿技术实现

通过对侧铣加工空间刀具半径补偿算法的研究,建立刀具和工件模型,并对其进行了求解和公式推导。对任意侧铣加工曲面进行偏置计算,生成带有刀具半径补偿的侧铣偏置曲面,从而解决了侧铣加工中曲面偏置位置的问题,实现了侧铣加工空间刀具半径补偿,该方法的应用为数控系统研究侧铣空间刀具半径补偿提供了参考。     

自由曲面数控三坐标投影加工误差及补偿对策

分析了自由曲面三坐标投影法数控加工的步长误差和行距误差。提出了自由曲面三坐标投影加工误差补偿对策。引入控制参数Δz,根据曲面加工精度要求设定限值Δzmax,当Δz>Δzmax时,进行插入刀位处理,以保证曲面加工精度。     

自由曲面数控加工智能选刀方法的研究与开发

由于自由曲面的几何复杂性,其数控加工的刀具干涉判别和刀具选取往往依靠数控机床编程工程师的经脸,致使加工的安全性、精度、效率及可靠性得不到有效保证.采用改进的遗传算法获取自由曲面的点云数据,在自主开发的系统中重构自由曲面.研究自由曲面加工刀位面生成的几何机理,根据刀具类型和几何尺寸,自动生成自由曲面数控加工的刀位面,可视化判别是否发生刀具干涉.将改进的快速排序算法应用到智能选刀模块,通过对常用类型和尺寸的刀具进行干涉排查,在避免干涉的前提下,智能选取最优化的加工刀具.对三种加工方案进行了测试,验证了智能选刀方法的正确性.     

刀具参数对非线性误差的影响规律及控制方法研究

针对复杂曲面五轴加工过程中,数控系统的插补原理会导致旋转轴在线性插补过程中偏离理想运动平面,继而引起非线性误差并严重影响曲面的加工精度问题,研究刀具参数对非线性误差的影响至关重要。根据五轴联动过程中刀具的运动规律建立了相应的运动方程,获得刀具参数对非线性误差影响的数学模型;应用MATLAB对3种类型刀具引起的非线性误差进行仿真分析,得到刀具参数对非线性误差的影响规律并提出有效控制非线性误差的措施;最后通过某叶轮的仿真加工验证刀具参数对非线性误差的影响规律。     

基于误差分析的复杂曲面可侧铣判定方法研究

基于复杂曲面侧铣加工误差计算,提出了一种曲面能否通过侧铣实现高精度加工的判定方法,该方法适用于任意直纹和非直纹曲面。侧铣加工误差为待加工理论曲面与刀具运动包络曲面之间的距离,在此基础上,应用整体最优刀具路径下的最大几何偏差进行曲面可侧铣判定依据。数值仿真算例表明:该方法不仅能够有效地判定曲面能否侧铣,同时能够输出满足误差要求的最优刀具路径,加工实验也表明该方法能够极大地提高加工效率。     

叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究

叶轮叶面的制造质量直接影响其运行的效率、性能、流体动力稳定性、工作可靠性和使用寿命等.从具体叶轮零件结构与工艺性分析人手,通过叶轮叶面的三维建模和加工程序调试、仿真分析与刀具轨迹验证,研究叶轮数控加工策略和加工关键技术.经过分析叶轮零件的加工质量,明确了控制插补弦长、插补周期和进给速度、刀轨残留误差,可以控制五轴数控加工的误差,保证制造质量.以叶面造型的轴向截线为加工依据,解决了刀具切削间隔的计算和刀路轨迹的求解,并进行了仿真分析.实践证明:采用五轴数控加工中心对叶面进行截面法加工,避免了加工干涉,容易实现曲面间的光滑走刀,提高了叶片的加工效率和质量,降低了加工成本.     

慢刀伺服车削刀具补偿算法优化

目的 优化刀具补偿算法,从而提高复杂曲面慢刀伺服车削加工的表面质量。方法 针对法向补偿算法容易导致X轴动态性能降低以及Z向补偿算法存在较大插值误差等问题,提出了一种基于坐标变换的几何补偿算法。通过坐标变换提高求解精度并简化算法,利用几何变换关系将X轴的补偿分量集中于Z轴,保证X轴的动态性能,并降低插值误差。以环曲面为例,对刀具补偿算法进行仿真分析和试验验证。结果 仿真结果显示,在法向补偿算法下X轴速度波动较大,而在本文提出的算法下X轴可以保持匀速运动;在刀具补偿环节,与本文提出的算法相比,Z向补偿算法产生的插值误差较大,最大插值误差达到了0.015mm以上。试验结果显示,在法向补偿算法下环曲面的表面粗糙度值最大（Ra=0.112μm）,且远大于Z向补偿算法和本文提出的算法;而在Z向补偿算法和本文提出的算法下,环曲面的表面粗糙度值相差不大（分别是Ra=0.066μm和Ra=0.062μm）。在法向补偿算法、Z向补偿算法和本文提出的算法下得到的PV值分别为16.9、13.8、8.8μm。结论 在保证X轴动态性能的前提下,刀具补偿算法对表面粗糙度影响不大。与法向补偿算法和Z向补偿算法相比,本...     

汽车轮毂曲面的精确重构技术

汽车轮毂因其形状复杂,故正向设计周期较长,且精度不易满足要求.利用逆向工程技术,采用Surfacer软件对汽车轮毂进行曲面精确重构.根据自由曲面的几何特性,对原始点云数据进行合理分块,利用NURBS曲面拟合技术得到轮毂曲面造型,最后对拟合曲面进行了误差分析,结果显示,重构的轮毂曲面符合实际工程要求.     

数控车削多面体的误差分析及其补偿

在数控车床上利用旋转的车刀车削多面体时,存在着一定的加工误差,并且,其加工误差的大小与刀具长度成反比,与工件直径成正比.文章提出通过实时改变刀具与工件间中心距的方法来进行误差补偿,并给出了具体的误差补偿公式,而且可以直接应用于数控插补计算.采用这种误差补偿方法可以大大地提高车削多面体的精度,扩大车削多面体的尺寸范围.     

五轴数控机床旋转轴误差辨识及补偿

五轴数控机床刀具与工件接触点(切削点)相对位置不变的旋转运动控制称为RTCP(Rotated Tool Centre Point),该功能对五轴数控机床曲面加工精度具有重要影响。为了提高五轴数控机床RTCP精度,分析了五轴数控机床RTCP运动过程中旋转轴结构参数误差与刀尖点误差关系,建立了刀尖点误差与旋转轴结构参数误差映射模型,根据刀尖点误差数据建立了旋转轴结构误差辨识方程组,通过矩阵最小二乘实现五轴数控机床旋转轴结构参数误差求解,用于五轴数控机床旋转轴结构参数误差补偿。结果表明:该误差辨识模型可准确计算出旋转轴结构参数误差,提高了旋转轴几何误差检测效率和精度,对提升数五轴控机床加工精度具有重要的意义。     

侧铣不可展直纹面模具原理性加工误差计算方法

分析了侧铣不可展直纹面模具的原理性加工误差的来源及特点，提出通过计算被加工表面各点到刀具旋转轴扫掠面的距离以确定误差分布，为刀位主动补偿和后续加工提供了依据。采用有限次离散和平面替代的方法求取点到曲面之间的距离，根据求解精度要求确定曲面最小离散次数，提高了计算效率，平面替代法将问题简化为可精确求解的点到平面的距离问题。实例通过与三坐标测量结果的对比验证了算法的可靠性。     

超声抛光实验平台综合误差建模及补偿方法研究

为了提高光学复杂曲面的加工精度和加工效率,在实验室搭建的五轴超声抛光实验平台基础之上,采用多体系统理论建立了5轴抛光实验平台的运动学正反解模型和综合误差运动模型并提出一种新的误差补偿方法。利用已测得的各轴几何误差数据,对x轴、y轴联动时的综合误差变化规律和主要影响因素进行分析,运用新提出的误差补偿方法,对综合误差进行误差补偿,补偿效果显著,仿真实验验证了补偿方法的有效性。     

数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿的应用

刀尖圆弧半径补偿功能在数控车削加工中应用非常广泛，它是数控车削加工的重点和难点。正确、灵活的运用刀尖圆弧半径补偿功能对锥面、圆弧面、曲面等的加工精度控制及提高刀具使用寿命有着十分重要的意义。