超精密快刀伺服加工复杂光学面形的技术研究

超精密快刀伺服加工技术适用于复杂面形光学零件的高效优质加工。文中通过分析快刀伺服加工的控制结构、压电陶瓷驱动性能,进行了超精密快刀伺服装置的设计与研制,建立了其传递函数模型。最后完成了典型复杂面形光学零件的加工试验,并对加工结果进行测试与分析,测试结果表明满足了设计的性能指标要求。     

复杂曲面慢刀伺服加工刀具半径补偿算法

为提高复杂曲面元件的面形加工精度,进行了慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了刀具半径补偿算法。本文通过分析法向补偿算法和Z向补偿算法的不足,提出一种基于弦长垂线的刀具补偿算法,以环曲面为例进行仿真、车削加工验证该算法的可行性。仿真结果表明弦长垂线刀具补偿算法下所求刀位点精度较高,可实现X轴匀速运动。试验结果表明弦长垂线刀具补偿算法下面形加工精度优于法向补偿算法和Z向补偿算法,表面粗糙度受刀具补偿算法影响较小。     

基于Hermite插值的复杂光学曲面车削加工路径规划

为解决复杂光学曲面加工难题,探讨其车削加工路径规划。基于慢刀伺服加工技术对复杂光学曲面的刀位点规划进行设计,分析刀触点等角度离散方案及刀具圆弧半径补偿方案。轨迹插补采用可编程多轴控制器(Programmable multi-axiscontroller,PMAC)提供的位置、速度、时间(Position velocity time,PVT)插补运动模式,分析PVT的数学实质Hermite分段插值模型,并根据此模型提出恒速法、面积法和三点法三种PVT入口参数生成算法。以离轴抛物面、环曲面、正弦面为例进行仿真,加工路径的仿真表明刀位点的设计可以应用于复杂光学曲面加工。同时z轴运动特性的分析表明z轴往复频率和C轴回转频率相仿时,面积法(c=2/3)和三点法均能满足z轴速度光顺要求;z轴往复频率明显大于主轴频率时,采用三点法的加速度变化明显优于面积法。提出的加工路径方法可为复杂光学曲面的实际加工提供指导意义。     

基于Polaris控制的光学自由曲面快刀伺服技术研究

快刀伺服技术具有加工效率高、加工精度高、表面质量好等优点,被广泛运用于光学自由曲面加工。本文设计了音圈电机驱动的快刀伺服装置,建立了快刀伺服系统数学模型,构建加速度、速度复合前馈控制算法,进行了位置保持、阶跃、正弦跟踪的闭环性能测试,表明快刀伺服系统满足加工要求。基于快刀伺服系统控制器功能协调了刀具轨迹生成中快刀伺服装置运动和机床运动的同步关系,以离线计算加工方式实现快刀伺服技术。完成了典型非回转对称中的斜面加工实验,测得的粗糙度达到44 nm,表明设计研制的快刀伺服系统可以获得纳米量级的表面质量。     

新型直线回转式快刀伺服装置的性能测试与分析

基于快刀伺服的金刚石车削技术是光学自由曲面、非圆柱面和微结构表面等方面高效率、高精度的加工技术,受到国内外的广泛关注。在该技术中,随着被加工曲面面型的变化,刀具的瞬态工作前角会实时发生变化,而影响刀具磨损、切削力的变化以及切削稳定性。设计一套直线回转式快刀伺服装置,可在自由曲面车削中实现刀具工作前角的调整。该装置实现了亚微米级的工作精度和10nm的运动分辨率。试验测试的结果表明该装置具有了良好的工作性能。     

核电封头五轴数控加工刀具路径规划研究

核电封头机械加工余量大,并且球面上非对称的分布这若干管嘴端面,这给高效刀具路径规划造成了极大的难度。在NURBS方法基础上,针对核电水室封头等形状复杂大型工件,从加工效率和稳定性的角度,建立环形铣刀加工曲面的运动几何学模型并应用加工域规划法进行刀具路径规划。合理的刀具路径规划可以有效的避免刀具干涉,缩短刀具路径,提高加工精度。     

复杂曲面加工干涉避免及轨迹的规划

对复杂曲面进行分析,通过调节后跟角和摆动角来避免刀具与被加工曲面发生干涉,并提出了复杂曲面五坐标数控加工刀具轨迹的规划算法,以改善曲面加工精度和加工效率。     

五坐标端铣刀加工复杂曲面轨迹的规划

针对复杂曲面加工干涉现象,提出一自动识别的系统,该方法通过计算曲面曲率来判别是否干涉并消除干涉。该算法明显减少了刀具路径生成时间,提高了加工效率。     

复杂曲面慢刀伺服加工刀具半径补偿方法

随着机床技术的进步,一种基于慢刀伺服技术的超精密金刚石车削创成加工方式成为可能,能够一次加工获得精度很高的各种复杂曲面。在复杂曲面慢刀伺服车削加工路径规划中,针对存在的刀具过切现象,传统刀具半径补偿算法为计算曲面刀触点的等距点,通过分析传统等距点刀具半径补偿算法的不足,提出了一种基于等距点的刀具半径补偿算法,弥补了传统等距点刀具半径补偿算法的不足,通过实例证明该算法有效地改进了传统刀具半径补偿算法的不足,提高了曲面加工的精度。     

自由曲面光学零件的慢刀与快刀车削技术分析

分析比较了慢刀伺服和快刀伺服两种先进车削方式在机床结构、进刀方式、伺服特点及适应对象等方面各自的特性,并给出了各自可加工光学零件的实例.     

关于复杂曲面刀具轨迹规划技术的研究

如何生成无干涉、无过切、高效的刀具路径是复杂曲面数控加工中必须解决的至关重要的问题,本文结合刀具轨迹规划所涉及的几大关键技术问题,对近年来复杂曲面刀具轨迹规划技术的研究现状和进展进行了综述,分析了当前研究中存在的不足,阐明了刀具轨迹规划的研究成果在通用性、有效性和稳定性等方面还不能完全满足工程实际中的要求,指出了刀具规划技术的发展方向。     

精密镜面的加工及其快速微动伺服刀架的研制

论述采用数控单刃金刚石车削（ＮＣ－ＳＰＤＴ）技术加工非轴对称光学精密镜面的原理，系统结构及其实现，介绍了实现加工的执行机构－快速微动伺服刀架的研制。     

快速刀具伺服机构研究进展

快速刀具伺服机构（FTS）是非圆数控车削和非轴对称车削的一项共同的关键性技术。论述了FTS的发展历程、结构特点及性能指标。详细介绍了压电陶瓷FTS、磁致伸缩FTS、洛仑兹力FTS、麦克斯韦力FTS的国内外研究情况，阐述了它们的原理、结构、性能优缺点及应用情况，并给出了FTS用于非轴对称光学元件车削的实例。指出超高频响（大于1000Hz）短行程（小于100μm）的FTS是当今研究热点，压电陶瓷FTS和麦克斯韦力FTS都可以实现较高频响，其中麦克斯韦力型FTS是可实现超高频响的一种全新类型的FTS。     

类回转体曲面数控加工刀位轨迹规划

针对类回转体曲面高速进给数控加工,提出螺旋线驱动方式下圆环刀具加工轨迹的规划方法。构造螺旋线作为类回转体曲面的导动线,根据曲面上已知接触点轨迹的切线方向估算后续导动点对应的初始接触点。计算初始接触点处圆环刀具的刀心位置,再计算初始刀心位置与后续导动点对应的目标刀位点分别在圆周方向以及轴向的距离差值,利用相邻刀位点与相邻接触点存在的准相似关系,得到接近目标接触点的搜索方向和步长,经过迭代得到目标接触点和刀位点。在分析接触点处曲面曲率和圆环刀曲率的基础上,给出圆环刀加工误差计算方法。将所提出的算法用于鞋楦的五轴数控轨迹规划中,计算结果表明,该算法搜索效率较高,具有理论和实际应用价值,并通过鞋楦的五轴数控加工试验验证了算法的有效性。     

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。     

回转体沟槽曲面数控加工无干涉刀位轨迹的生成

为了实现数控加工回转体沟槽曲面干涉的自动检验,将干涉分为三种类型,针对不同的干涉类型提出了相应的干涉检验和刀位修正算法。算法不仅包括了刀头部分与被加工曲面之间,而且还包括了刀体与被加工曲面之间以及刀具包络运动所引起的干涉检验和刀位修正;并采用将空间三维问题二维化,提出的算法全面、简单、快速、稳定。计算机仿真实例验证了算法的正确性。     

PCD刀具超精切削表面质量的研究

用人造聚晶金刚石 (PCD)和天然单晶金刚石 (SPD)刀具对无氧铜材料进行了切削试验 ,对加工表面质量进行了检测和分析。结果表明 :两种刀具在超精切削中获得的加工表面质量具有相似性 ,因此PCD刀具在一定程度上可替代SPD刀具进行超精切削加工。