曲面密切加工法的残余高度计算

工程中有很多复杂柱面,5坐标加工可高效达到所需形状。运用相关文献已阐述的切触原理,研究了在多轴数控机床中刀具切削圆与零件柱面的切触条件和局部坐标系下的局部最佳接触条件,并用投影对刀具切削圆与柱面的贴近程度进行了分析,进而提出一种可通过求解相邻2个加工位置之间的交点求残余高度的方法。通过人为放大加丁间隙并打印出来,以验证算法的正确性,再通过3坐标测量检测试件残余高度。结果表明,理论计算与实际检测完全符合。     

水轮机叶片的五轴数控加工工艺规划及轨迹优化

针对大型水轮机叶片的五轴联动数控加工要求,制定出适合国内技术条件的工艺规划。提出在计算叶片五轴联动加工刀位时采用等残余高度刀位规划,并考虑三维非线性误差来计算走刀步长的刀位轨迹生成策略。为了避免刀具后跟角干涉的要求,提出根据叶片的曲面性态分析来确定叶片五轴联动加工中的刀轴控制和刀位轨迹优化计算方法。将该方法与CAM软件结合,用于大型混流式和轴流式叶片数控加工,结果表明：该方法既能严格控制加工误差,又要能提高加工效率。     

涡旋压缩机涡旋槽数控加工程序的自动编制

论述了在具有直线－圆弧插补功能的东芝数控龙门镗铣床上加工涡旋压缩机涡旋槽的方法。介绍了涡旋槽数控加工自动编程软件的功能，经多台样机加工证明，该软件切实可行。     

剃齿刀修形砂轮斜截面法数控精密加工机理研究

剃齿刀修形砂轮侧面突起是弦长弦高比很大的圆弧,现有数控插补算法无法加工出符合精度要求的修形砂轮。针对这一缺陷,提出斜截面法放大弦高从而减小弦长弦高比的方法,推导加工曲线的方程,并结合算例,获得离散点坐标和加工刀具轨迹。结果表明通过斜截面法放大弦高的加工方式可以获得较高精度的插补轨迹。同时也为大曲率小圆弧曲面的数控加工奠定了一定的理论基础。     

三维圆弧插值方法的研究

从液力变矩器的工程设计需要出发,提出了三维圆弧插值法.推导出了三维圆弧插值公式,并将该方法成功应用于液力变矩器流道的复杂曲面计算.利用程序验证了该算法快捷、高效.     

Research on Manufacturing Technology Based on Machine Vision

The concept of machine vision based manufacturing technology is proposed first,and the key algorithms used in two-dimensional and three-dimensional machining are discussed in detail.Machining information can be derived from the binary images and gray picture after processing and transforming the picture.Contour and the parallel cutting method about two-dimen- sional machining are proposed.Polygon approximating algorithm is used to cutting the profile of the workpiece.Fill Scanning al- gorithm used to machining inner part of a pocket.The improved Shape From Shading method with adaptive pre-processing is adopted to reconstruct the three-dimensional model.Layer cutting method is adopted for three-dimensional machining.The tool path is then gotten from the model,and NC code is formed subsequently.The model can be machined conveniently by the lathe, milling machine or engraver.Some examples are given to demonstrate the results of lmageCAM system,which is developed by the author to implement the algorithms previously mentioned.     

Adaptation of feed rate for 3-axis CNC high-speed machining

To improve the efficiency of CNC machining,assumptive transit circular arc is used to contour two adjacent moves together on the corner to make smooth paths. The radius of transit circular arc can be adjusted with contour accuracy,and the feed rate on the corner can be controlled through limiting the maximum feed rate of transit circular arc segment. A look-ahead algorithm for a series of moves is proposed for speed adjustment in advance,which avoids the occurrence of overload of cutting tool on the corner and reduces the servo track error of parts on the corner or of circular arc move. Equivalent trapezoidal velocity profile is used to analyze the speed of S-curve velocity profile and work out its accurate interpolation,which overcomes the disadvantage of looking up table to calculate feed rate approximately,hence high accuracy and fine surface quality can be obtained while the machining speed is high. The proposed methods can meet the requirements of real-time analysis of high-speed machining. The presented algorithm is effective and has been adopted by CNC system of newly developed high-speed milling machine.     

用圆弧插补加工圆柱凸轮的圆弧曲线

研究了对于圆柱凸轮展开图中圆弧曲线部分如何运用圆弧插补功能，并用于解决精密络筒机导轮加工匠数控编程读物适合其它圆柱凸轮的加工。     

超精密加工表面特性的功率谱密度表征与分析

为了了解加工方法和参数对加工表面特性PSD表征结果的影响规律,采用功率谱密度方法(PSD)对超精密磨削加工表面进行了表征与分析.应用Dimension 3100原子力显微镜对超精密加工表面进行测量,得到三维微观形貌和数据,以空间波长为横坐标,功率谱密度为纵坐标输出PSD图像,简单直观地分析了加工表面空间波长分布及不同波长在表面所占的比重,对比分析了加工方法和参数对PSD表征结果特征的影响.实验结果表明,超精密加工表面PSD图像的主导频率、波长分布特点以及各波长的PSD值大小等参数不仅可以同时体现横向尺寸及高度尺寸特性,而且能够得到表面误差的空间频率分布和方向特性信息.     

超半球环形成像系统的图像恢复

在实现全景成像的光学系统中,采用圆柱面到平面投影的环形成像系统相比采用中心投影法的传统透镜系统具有边缘视场畸变小、便于图像恢复展开等优点.通过考察环形成像系统所成环形图像与矩形图像之间的映射关系,研究像面上子午弧矢方向最小分辨角的变化规律,得出了超半球环形成像系统在90°视场角处子午弧矢方向CCD采样角分辨率相同的结论,由此可把该视场角对应的圆环像作为基准来确定展开矩形图的宽度和高度.实际的图像恢复过程分为2步：首先将环形图像恢复成三维像空间中的圆柱面,然后把圆柱面展开得到恢复后的矩形全景图.图像恢复中最关键的90°视场角所对应的圆环像位置和环形图像中心点的确定可以用定标实验的方法实现,在图像恢复过程中采用三次样条插值法,得到了较好的恢复效果.     

基于圆故障模型的模拟电路故障诊断方法

针对模拟电路故障诊断中故障字典法的电路故障响应状态的不可数性,提出了一种新的复平面空间圆故障模型诊断方法。该方法利用电路响应与元件的位置及电路拓扑结构之间的关系,在复平面空间上建立圆函数作为故障特征。故障诊断时,利用测试值到圆中心之间距离与圆半径相等的原理来精确定位故障。实验证明圆故障模型既能解决故障响应不可数问题又能简化故障字典,降低仿真和测试代价。同时,该方法不但能诊断软故障和硬故障,而且也能很好地解决容差问题。     

数控加工编程中圆弧圆心坐标几何求解法

对数控加工程中常遇到的已知圆弧半径，圆弧起点，终点坐标，求其圆心的问题，提出了一种几何算法。     

锥形双螺杆挤出机螺杆转子的数控制造技术研究

一对相互啮合的锥形螺杆转子是锥双螺杆挤出机的核心部件，其加工精度直接影响到挤出机性能.传统加工方法的加工精度和加工效率都较低，所加工螺杆转子的啮合特性和互换性都较差.为了提高挤出机的性能水平，在深入研究锥双螺杆几何特征的基础上，提出了一种利用柱形棒铣刀的五轴联动数控铣削螺杆转子的新型数控铣削制造方法，设计制造了五轴联动螺旋槽专用数控铣床，并且设计开发了与其相配套的螺杆数控加工自动编程系统.该项研究成果提高了锥双螺杆的加工水平，具有显著的工程意义.     

对圆弧投射法的进一步论证

用圆弧投射法解决圆锥曲线与其它空间几何要素的相互位置问题,可使作图更为简练、精确。本文就“二阶曲线经圆弧投射后,使其新的投影变为直线”的条件作了进一步的论证与探讨。     

Research of micro-EDM and its applications

A Micro Electrical Discharge Machining (MEDM) equipment was developed in this paper,on which the CNC interpolation for 3-axis linkage movement could be realized easily. By this micro-EDM equipment,the fabrication process of microelectrode,micro hole,silicon wafer and complex microstructure was discussed. The process rules of machining efficiency and the relative electrode wear rate as well as the machining mechanism and performance of silicon micro-EDM were also researched. Machining experiments showed that the microelectrode diameter as small as 6 μm and the micro hole with minimum size of 10 μm could be obtained steadily,and the maximum aspect ratios of microelectrode and micro hole were over 25 and 10 respectively. And silicon micro-EDM experiments showed that the micro beam with the aspect ratios over 15 could be obtained easily. And a micro beam with minimum size of 23 μm width on a silicon wafer with 420 μm thickness was achieved. At last,the microstructure machining technology for micro-EDM was also discussed. And a micro-facial sculpture with free space curved surface and size of 1 mm×0.3 mm×0.18 mm was also machined successfully.     

软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固 液两相软性磨粒流（SAF）无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的“无缝”接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8 nm.     

基于电火花线切割机床的真圆弧插补方法研究

传统线切割机床利用“逐点比较插补”原理进行加工,存在加工效率低、表面粗糙等缺点。针对此不足,提出真圆弧插补方法。在电火花线切割机床原有二自由度(X方向、Y方向)工作台的基础上,增加一个新型三自由度旋转工作台,变“逐点比较插补”为“真圆弧插补”。文章对真圆弧插补的工作原理和实现方法进行了详细阐述。实例分析表明,采用真圆弧插补加工纯圆弧,其效率提高21.46%,加工45°的斜线,其效率提高29.29%,且钼丝走过的轨迹为光滑圆弧和直线,提高了加工零件的表面质量,扩大了电火花线切割技术的应用领域。       

GT裁床离线圆弧插补方法

论述了在格柏（GT）CNC裁剪机床自动编程模块软件的二次开发设计中，探索以AutoCAD对象AcDbPolyline实现圆弧离线插补的方法。首先分析了传统圆弧插补算法的主要特点，提出在软件中采用弦线逼近弧线，离线、增量式直接函数插补的方法，实现了平滑插补曲线的设计思想，并简要分析该方法的偏差计算关系。结合AcDbPolyline的圆弧数学描述，给出了与中插补算法相应的圆弧数学模型间的转化关系式。通过设计插补算法的模型，推导和总结了该方法的程序设计递推关系式；在总结和借鉴终点判断方法的基础上，结合程序设计思想，给出了整圆弧插补的简化方法。     

土质边坡空间临界滑动面搜索的优化算法

将二维均质土坡作为平面应变问题,假定滑动面是一个圆弧,将滑弧圆心与半径转变为后缘剪入点、坡脚剪出点和过后缘点滑弧切线与x轴的交点等3个点的横坐标,然后以这3个参数为变量,给定合理的取值区间,应用黄金分割法搜索二维边坡的最小稳定系数及相应的临界滑动面。进一步假定均质土坡的三维空间滑动面为一旋转椭球体,旋转椭球体的竖向中轴面和二维的圆弧面一致,给定椭球体不同的水平轴半径值,采用以上二维滑动面搜索方法可求出不同水平半径所对应的三维最小稳定系数及相应的椭球面。结果表明:边坡的三维稳定系数没有极小值,但有极限值;对于横向延伸长的无限边坡,三维稳定系数逼近二维稳定系数,当旋转椭球长轴与短轴之比大于3时,二者很接近,边坡稳定性可简化为二维来分析;对于受地形、地下水等条件约束的短边坡,三维效应明显,在考虑实际边界条件的情况下按三维来分析。     

大型叶片五轴联加工的几何误差控制

误差控制和减少加工误差是大型叶片曲面类零件五轴联动数控加工中的重要任务之一。本文作者基于分析和建立加工曲面的型面几何偏差与加工刀位规划参数的关系 ,提出几何误差的控制方法。基于刀具与工件的五维包络运动分析 ,对五轴联动加工中影响较大的的非线性误差进行较为严格的计算 ,提出自适应步长方法以有效控制刀触点轨迹误差。对五轴联动加工中的残余高度误差进行较为严格的分析 ,并提出有效控制几何误差的方法和措施。文中的方法结合CAM软件进行刀位轨迹计算 ,已成功地用于大型轴流式和混流式水轮机叶片五轴联动数控加工中 ,在满足精度要求下 ,加工叶片的效率有明显的提高 ,表明提出的方法和措施能有效控制大型塑曲面加工的几何误差。