叶片数控加工后置处理及仿真技术的研究

随着计算机技术的不断发展,先进的CAD/CAM软件技术已广泛的应用于现代数控技术中。通过运用UG这款具有模具数控加工方面强大功能的软件,结合典型复杂曲面类零件叶片的加工工艺,探索出了多轴联动相结合的加工方法。同时经过对机床结构与构建机床运动学方程的分析,详细的推导出机床的后置处理算法,并基于以上算法,研发了机床专用后置处理程序。实现了叶片数控加工程序的编写、机床专用后置处理程序算法的计算,并以3D仿真软件VERICUT进行仿真加工。采用计算机仿真加工来评估加工工艺方案和机床仿真及碰撞检查,以及后置处理和加工程序生成等技术,实现了叶片从设计到加工的无缝集成,对提高叶片设计、加工质量和效率及降低叶片生产制造成本有着十分重要的意义。     

DMU50 eVolution非正交五轴机床的后置处理研究

由于DMU50 eVolution五轴加工机床具有高精度、高性价比,因此被广泛使用。然而机床工作台的B轴与机床的Y轴不重合,属于非正交结构,使得加工程序的后置处理相对困难。通过对双转台五轴机床开展结构分析,对任意刀具轨迹数据点,先求解出机床双转台的B轴和C轴后置处理转角大小,然后利用求解出的转角大小,通过坐标变换,求解出该刀具轨迹数据点对应的机床位置。利用后置处理算法开发了DMU50 eVolution五轴机床程序后置处理软件,该软件可将UG软件编制的加工程序转换为通用G代码程序。     

工作台旋转五轴数控机床后置处理算法研究

五轴机床依靠多自由度能够加工复杂形状的零部件的优点使用越来越普通,五轴机床加工零部件过程中,程序的编制绝大多数依靠CAM软件进行后置处理,导入多轴机床实施复杂零件加工。CAM软件进行后置处理过程中都是设定数控机床各轴之间相互正交,本文针对工作台旋转五轴数控机床后置处理算法进行深入研究,推算后置处理算法。     

面向并联机床的叶片加工程序后置处理及仿真软件研究

采用专用汽轮机叶片编程软件所生成的叶片刀具轨迹具有良好的工艺性,但其针对的是专用机床,不能直接被其他机床使用.通过对专用机床、并联机床的结构进行分析和对加工程序代码的后置处理,开发了面向并联机床的叶片加工程序后置处理软件,实现了专用机床叶片加工程序代码转换为并联机床加工程序代码.同时为了对转换后的叶片刀位轨迹进行仿真,采用OpenGL和多线程技术开发了叶片加工刀位轨迹仿真软件,实现了叶片加工刀位轨迹的仿真.     

经济型五轴数控机床后置处理系统研究与应用

在双转台五轴数控机床结构的基础上,通过分析机床结构坐标系和CAM加工坐标系的关系,建立其机床加工刀头运动轨迹的数学模型,推导出该类型机床的后置处理转角计算公式和坐标转换计算公式。根据推导结果,在UG/PostBuilder通用后置处理器的基础上,针对不同类型五轴联动数控机床选配特定数控系统,设定机床参数、程序和刀轨参数、NC代码格式设置,编制了双转台式五轴数控机床的专用后置处理程序,经实际加工验证可以满足经济型五轴联动后置处理的要求。     

七轴并联机床数控加工后置处理技术研究

七轴并联机床是在六轴并联机床的基础上，在工作台上串联一个数控转台，实现七轴联动，从而提高了并联机床的加工能力。为了利用七轴并联机床进行数控加工，必须对刀位文件进行后置处理，生成六根驱动杆的杆长和数控转台的转角等数据来驱动并联机床。本文研究了七轴并联机床数控加工的后置处理技术，提出了后置处理的过程以及相关的算法。     

五轴工具磨床通用后置处理研究

数控机床后置处理能将刀位轨迹转换为机床数控加工程序,其先进程度对零件加工质量和效率有重要影响。目前五轴工具磨床后置处理大都专机专用或另外购买专用后置处理模块。通过对五轴工具磨床的结构类型分析,建立通用五轴工具磨床运动模型,并采用机床运动创成函数将砂轮的位姿转换为机床各轴的运动量,从而得到五轴工具磨床通用后置处理方法,提高了五轴工具磨床后置处理算法的通用性。     

基于IMSpost的五轴加工中心后置处理研究

介绍了五轴后置算法,以Global550机床为例开展了五轴加工中心后置处理研究。应用IMSpost软件编写后处理文件,针对部分特殊代码格式及机床的实际结构、轴系进行设置修改,并通过仿真及加工进行了验证。经检测,加工结果符合图样要求,证明后置处理正确可行。     

用七轴并联机床加工叶片及后置处理技术

根据六轴并联机床加工汽轮机叶片存在的问题，提出在机床工作台上串联一个数控转台，实现七轴联动，以提高叶片加工的质量和效率，并提出了用七轴并联机床加工叶片的加工方案和加工工艺；提出了利用Uni-graphics(UG)进行叶片的辅助加工，包括生成叶片的三维造型、进行刀具轨迹编程和加工仿真；提出了在UG/POST的基础上开发面向并联机床的后置处理器的方法，以及七轴并联机床加工的后置处理算法。     

面向并联机床的后置处理方法研究

在通用CAD/CAM 软件和后置处理软件的基础上,提出了面向2～5自由度并联机床的通用后置处理方法,并编写了面向5-UPS/PRPU并联机床的后置处理程序;在5-UPS/PRPU并联机床上进行了五角星零件的加工实验,验证了后置处理方法的可行性和正确性.     

三杆混联数控机床的运动学研究

介绍了一种3-TPS(RRR)型混联机床,该机床既可进行立式加工,将工作头旋转一定角度后又可实现卧式加工。在工作头下面安装一个数控转台,并配置自动换刀系统后,机床可进化为一台五轴联动的数控加工中心。在分析其约束机构的基础上,给出了机构的位置、速度、加速度逆解方程及雅可比矩阵的计算公式,并进行了机床的工作空间分析。理论分析表明,3-TPS(RRR)型混联机床运动学方程形式简洁,计算简单,控制计算方便,在运动空间内无运动干涉和耦合,无奇异点和不定形位,可操作性良好,有效工作空间大。     

基于结合面的机床动态特性研究

运用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS,建立了虚拟样机模型。考虑结合面的影响,对机床进行了动态分析,研究结合面对于机械结构动态特性的影响,实现无物理样机环境下机床整体动力学性能预测和综合评价的目的。     

基于性能劣化的可靠性预测与系统开发

为了给数控装备可靠性预测提供更丰富、更精确、更及时的信息源,探讨了运用数控装备使用过程中的性能劣化数据对数控装备可靠性进行预测的方法与工具。给出基于性能状态监测的性能劣化建模与可靠性预测原理,并提出一种基于非平稳自回归积分滑动平均模型的数控装备性能劣化建模方法,以监测与分析数控装备关键性能参数的时变特性;提出基于隐马尔科夫链模型的数控装备可靠性预测方法,以揭示数控装备使用过程中的性能状态变化特征及其可靠性变动情况。在此基础上,开发了数控装备可靠性预测原型软件系统。该系统对于提高数控装备利用率、减少数控装备维修费用以及延长数控装备使用寿命等具有重要的意义。     

符合阿贝原则的数控机床几何误差建模

为提高现有数控机床空间误差分析方法的准确度,本文基于阿贝原则对齐次转换矩阵(HTM)几何误差补偿模型进行优化。首先,推导出XYFZ型三轴机床适用的HTM几何误差补偿模型并给出模型正确使用的前提条件;然后,基于阿贝原则分析了三轴机床的空间误差传递机理,指出阿贝误差对机床定位精度的影响,给出理论计算公式并在机床运动轴上进行实验验证;最后,基于阿贝原则和布莱恩原则对现有的HTM几何误差补偿模型进行优化,采用该模型拟合体对角线空间误差,并与实测机床体对角线误差进行对比验证。现有HTM几何补偿模型可将机床空间误差由41.15μm补偿至16.37μm,补偿率为60.22%;优化后的补偿模型可将机床空间误差补偿至5.32μm,补偿率为87.07%,提高了26.85%。实验结果表明,优化后的补偿模型更加合理,进一步改善了空间误差的补偿精度。     

任意拓扑结构机床运动轴误差传递链建模方法

在对任意结构机床进行空间几何误差建模时,必须要获得该机床运动轴误差传递链,从而基于微分变换实现任意结构机床误差建模。通过运用多体系统理论,构建任意结构机床拓扑结构与低序体阵列,利用机床拓扑结构与低序体序列提出了机床运动轴连接支承件相对运动矩阵与机床支承件连接矩阵概念,建立了获取运动轴误差传递链的数学模型。该数学模型将描述机床拓扑结构的低序体序列与机床支承件相对运动关系结合起来,给出了获取任意机床运动轴误差传递链的建模方法。并且将利用此建模方法获得的运动轴误差传递链运用于基于微分变换的机床空间几何误差建模中,实现了对任意结构机床空间几何误差建模。最后以五轴立式加工中心为算例,验证了该运动轴误差传递链建模方法的有效性。     

高温发汗润滑体单胞接触应力分析模型研究

采用“无限大板”中孤立小孔应力集中方法,建立了一种新的以特征参数λ表征的厚壁单胞体接触应力理论模型;以高温发汗润滑体为对象,采用该模型仿真分析了单胞体在特征参数λ≤0.4情况下的胞内应力分布状态。结果表明：随着外载荷的增大,接触半径逐渐增大,且接触区域的各向应力（绝对值）均逐渐变大;最大剪应力逐渐从胞体表面向胞体内部迁移,其y向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=0和θ=-π,r=r₂处转移,x向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=-π/2,r=r₂处转移;该应力集中区逐渐取代胞体接触表面而成为微裂纹诱发源。λ对胞体接触应力分布也有很大影响：当λ=0.4时,孔穴应力集中区与胞体接触区的y向应力差值最大;当λ=0.1时,两处的x向应力差值最大;当外载荷大于1000N时,λ=0.2的胞体内的最大剪应力具有最小值。     

WSN在数控机床群与换刀机器人中的应用研究

为了实现换刀机器人与数控机床群的信息交换,研制了一个无线传感器网络.每台数控机床和换刀机器人都安装了一个传感器节点,数控机床传感器节点动态感知和采集数控机床的加工状态和换刀信息,并传输给换刀机器人的汇聚节点.换刀机器人一旦接收到换刀指令,立即执行数控机床的换刀任务,并将数控机床群感知采集的加工状态和换刀信息,通过GPRS传输到数控机床群远程控制中心,实现数控机床群远程实时监控.     

基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模

热误差严重影响着机床的加工精度,对机床关键部件进行热特性分析是开发精密机床的重要环节。通过测量包括数控机床的特殊位置温度和定位误差在内的热特性,研究了温升与定位误差之间的关系,提出了一种基于贝叶斯神经网络的热误差建模方法。通过K-means聚类和相关系数法来选择温度敏感点,可以有效地抑制温度测量点之间的多重共线性问题。结果表明:通过使用贝叶斯神经网络能提高机床88.015 9%的精度,比BP神经网络高出15.763 8%,与BP神经网络模型相比,贝叶斯神经网络具有更加优良预测性能。贝叶斯神经网络模型为降低机床热误差的影响提供了新思路。     

基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床研制

采用圆弧刃光栅刻画刀具,实现在线换刃技术是解决光栅刻画刀具使用寿命问题的一种有效的途径。在线换刃圆弧光栅刻画刀具对刃口质量及精度要求高,刃磨制作工艺难度大,且国内外市场几无此类刃磨设备,需要自行设计制作圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床。在圆弧刃光栅刻画刀具刃磨试验设备设计制作及圆弧刃光栅刻画刀具刃磨制作工艺研究基础上,针对圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨特点,设计新型的基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床;根据传统机床的设计程序,对刃磨机床的功能、总体设计及详细结构设计展开研究,并对施载与微进给机构进行了振动分析,排除了出现共振的可能性。最后完成了该机床的机械装调,并刃磨制作一把圆弧刃光栅刻画刀具,其定向角∠D=63°,刀尖角∠J=90°,刃圆半径R=8.56mm,在460倍体视显微镜下观察无崩口等缺陷,刃口弧线清晰可见。刀具检测及观测结果表明,所设计的圆弧刃刀具刃磨机床适用于圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨制作,所采用的分析及设计方法对圆弧刃刀具刃磨机床及其他机床的设计和研制具有实际指导意义。     

基于乏信息融合技术的机床加工误差的调整方法

基于融合隶属函数法、最大隶属度法、滚动均值法、算术平均值法和自助法,提出一种乏信息融合技术,以实现机床加工误差的调整。首先运用乏信息融合技术融合机床试加工时输出的小样本数据,获取机床试加工时工件的估计真值,以调整机床的加工误差,使工件满足质量要求;然后获取机床调整后输出的小样本可靠数据,运用模糊集合理论,在给定的置信水平下,预测可靠数据的估计区间。仿真和试验结果表明：运用乏信息融合技术,可实现对机床加工误差的调整。调整后的机床是可靠的,验证了运用乏信息融合技术调整机床的可行性。