高精密微细切削加工机床的研制

微细切削技术的发展离不开微小型化机床设计和制造技术的发展,然而微细切削加工的高精度对微细切削机床的性能和设计提出了更高的要求。因此,针对微细切削机床设计和研制的特点,自主研发了一台微小型切削加工机床,该机床可应用于微细车削、刨削、飞切等加工方式。其设计理念是,利用大理石气浮导轨结合精密直线电机技术,提高机床的精度和加工稳定性。     

微透镜阵列单点金刚石车削补偿技术

为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性,提出了加工误差的理论模型,并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究.将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工,通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型,计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径;结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型,进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列...     

加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制

为解决内部车削再生颤振以及加工误差问题,提出了一种基于加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制方法。首先通过第一分量法实现了切削力模型参数辨识。然后利用上一步确定的切削力模型参数,综合考虑与颤振再生特性相关的时滞项,以及切削力和柔性镗杆模型的不确定性,设计了一个鲁棒稳定控制器用于解决内部车削过程中再生颤振控制的关键问题。进一步前馈项来消除杆端偏转,有效实现了加工误差补偿。最后通过模拟内车削过程的实验证明提出方法可以得到切削系数和重叠因子的合理估计,并且可以提升切削过程颤振抗扰度,降低了切削力直流分量引起的柔性杆挠度误差。     

用误差补偿法提高细长轴车削加工精度的试验研究

由于难以对细长轴车削加工误差进行准确的定量分析并采取有效措施进行控制,因此细长轴的车削加工一直以来就是困扰人们的工艺难题。为此,首先通过理论与试验相结合的方法确定细长轴车削尺寸误差的大小,然后采取误差补偿的措施对其进行抑制。切削试验结果表明,该方法可在不改变机床精度的前提下显著提高细长轴的加工精度。     

影响单点金刚石车削加工质量的因素分析

介绍单点金刚石切削理论模型并得出其在一定刃口钝圆半径下的最小切削厚度公式;对金刚石刀具几何角度、切削参数、机床性能、加工环境、材料特性、气源波动等影响单点金刚石车削加工质量的因素进行分析,并提出一定的解决措施,为单点金刚石车削加工提供一些参考。     

车削加工圆度误差预测

针对车削加工时工件装夹的偏心、工件本身的圆度误差、机床主轴的径向圆跳动误差等因素对车削加工产生圆度误差的影响,分析得出了影响车削加工圆度误差的主要影响因素以及车削加工时产生棱圆的原因.对车削加工圆度误差进行了预测,并对理论预测与实际加工结果进行了对比.     

机床几何位姿误差对强力刮齿加工精度的影响及修正

为减小机床几何位姿误差对强力刮齿加工精度的影响,分析了刮齿法向轮廓误差对各项几何位姿误差的敏感性,并给出了误差修正方法。基于齐次坐标变换理论,根据机床结构建立含误差的机床运动传递链。由刮齿加工成形原理,建立含误差的齿面方程及几何位姿误差与齿面法向轮廓误差的映射关系,分析法向轮廓误差对各项几何位姿误差的敏感性,得到敏感误差项。提出一种实际逆向运动学方法求解刮齿加工成形函数,从而获得误差修正后的数控代码解析表达式。以圆柱内齿轮刮削为例,仿真切削并分析了几何位姿误差修正前后的法向轮廓精度,结果表明所提方法可有效修正机床几何位姿误差导致的加工误差,提高刮齿加工精度。     

光学自由曲面快速刀具伺服车削误差的补偿

受各种误差因素以及周期性变化的切削力的影响,快速刀具伺服金刚石车削技术往往难以用一次车削获得满足光学性能要求的自由曲面。本文提出了一种利用线性差动传感器(LVDT)实现高精度接触式自由曲面在位测量的方法。该方法结合两自由度快速刀具伺服系统,实现了基于快速刀具伺服(FTS)的自由曲面车削加工的误差补偿。试验结果表明,该技术将自由曲面的加工精度提高了20%,表面粗糙度降低18.1%,解决了FTS系统与机床运动的同步问题,可补偿机床xyz三向运动误差,可用于自由曲面加工误差的修正。该方法还可用于不对称幅度较大的曲面或硬脆性材料的加工等,故促进了高精度光学自由曲面的推广应用。     

松浦机械制作所新一代复合加工机床

松浦机械制作所成功开发出了新型复合加工机床“CUBLEX-25”，它在以立式机床（MC）为原型，具备车床功能的复合加工机床上新增了研磨功能。如此一来，除现有复合加工机床的MC部分具备的切削和车床部分具备的车削之外，一台机床可完成到研磨工序。     

刀片研发助高温合金车削一臂之力

在车削高温合金时,由于其加工方法不只一种,＂加工方法＂往往成为关键字。高温合金材料对机床的要求可能是最高的。在这一领域,切削刀具和应用知识已历经了长时间的发展,有助于为高温合金车削的加工性能和加工结果再上新台阶而铺平道路。山特维克可乐满新研发的独特的刀具材料与切削槽形的组合填补了这一领域的空白。     

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型.以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法.加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差.对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求.误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性.     

Surface error decomposition for fixture development

As an integrated element of the manufacturing system of components, the machining fixture is a major contributing factor of the profile and orientation errors of component features. An effective way to control the accuracy of components is to decompose error sources and evaluate individual influential factors. This paper proposed a systematic method of error identification and calculation, in which locating error and machining error were studied. The locating error, which is the surface error generated before machining, is obtained from the calculation of the surface error based on tolerances of the locating positions and the decomposition of clamping deformation using finite element analysis (FEA). The machining error, the surface error generated from machining operations, is gained mainly from the coordinate measurement machine’s (CMMs) measurements. The surface error of multi-machining operations is investigated and the resultant surface error is evaluated against tolerance. The analysis of a sample feature of a turbine blade is provided as an example.     

基于加工误差敏感度与模糊层次分析法的行星滚柱丝杠公差匹配优化方法

行星滚柱丝杠(PRSM)公差主动设计对提高其传动性能与加工可行性有着至关重要的作用。建立了综合考虑丝杠、滚柱、螺母的螺纹同轴度误差、螺距误差与中径误差的PRSM行程误差及轴向间隙模型,计算得到各误差因素敏感性指数;基于三角模糊数的专家评判层次分析法,计算各误差因素加工权重,初步分配PRSM行程精度各误差项公差;基于序列二次规划算法对轴向间隙各误差项公差进行优化;以标准型PRSM为例,验证了该方法的有效性。结果表明：针对行程精度与轴向间隙各误差项进行公差优化的方法,不仅极好地平衡了行程精度与轴向间隙,且增加了关键公差带宽度,提高了零件加工可行性,算例表明,优化后完整周期内轴向间隙最小值由-25μm变为0,避免螺纹干涉发生;优化后V300行程变动量基本不变,公差带宽度平均增加65%,保证PRSM 5级精度指标的同时提高了关键零件加工可行性,降低了加工成本,可为PRSM公差主动设计理论提供参考。     

单元制造质量零废品控制理论基本模型

基于加工和测量误差瞬时分布的正态性与动态性 ,分析了加工和测量过程中误差的分布的动态特性。同时根据加工误差的动态特性和在线传感器精度的损失特性 ,以及产品质量要求和公差规定 ,给出单元制造质量零废品控制的理论基本模型。论述了零废品控制的基本方案 ,并给出在赋予一定超前控制量情况下实现虚拟负废品控制理论的基本模型     

数字化加工过程:概念、结构及其应用

尝试建立一个规范化的体系结构,使来自不同研究者的不同模型可以方便地规范化地嵌入其中,最终形成能反映切削过程各个侧面的数字工艺原型。应用实例表明,数字化加工过程可以提供一个有效的方法和手段将加工过程仿真到物理层 ,从而有有实现在制造前评估所设计的工艺。     

Accuracy analysis and design of A3 parallel spindle head

As functional components of machine tools, parallel mechanisms are widely used in high efficiency machining of aviation components, and accuracy is one of the critical technical indexes. Lots of researchers have focused on the accuracy problem of parallel mechanisms, but in terms of controlling the errors and improving the accuracy in the stage of design and manufacturing, further efforts are required. Aiming at the accuracy design of a 3-DOF parallel spindle head(A3 head), its error model, sensitivity analysis and tolerance allocation are investigated. Based on the inverse kinematic analysis, the error model of A3 head is established by using the first-order perturbation theory and vector chain method. According to the mapping property of motion and constraint Jacobian matrix, the compensatable and uncompensatable error sources which affect the accuracy in the end-effector are separated. Furthermore, sensitivity analysis is performed on the uncompensatable error sources. The sensitivity probabilistic model is established and the global sensitivity index is proposed to analyze the influence of the uncompensatable error sources on the accuracy in the end-effector of the mechanism. The results show that orientation error sources have bigger effect on the accuracy in the end-effector. Based upon the sensitivity analysis results, the tolerance design is converted into the issue of nonlinearly constrained optimization with the manufacturing cost minimum being the optimization objective. By utilizing the genetic algorithm, the allocation of the tolerances on each component is finally determined. According to the tolerance allocation results, the tolerance ranges of ten kinds of geometric error sources are obtained. These research achievements can provide fundamental guidelines for component manufacturing and assembly of this kind of parallel mechanisms.     

Modeling and compensation of geometric errors in simultaneous cutting using a multi-spindle machine tool

A volumetric error compensation method for a machining center that has multiple cutting tools operating simultaneously has been developed. Due to axis sharing, the geometric errors of multi-spindle, concurrent cutting processes are characterized by a significant coupling of error components in each cutting tool. As a result, it is not possible to achieve exact volumetric error compensation for all axes. To minimize the overall volumetric error in simultaneous cutting, a method to determine compensation amount using weighted least squares has been proposed. This method also allows tolerance distribution of machining accuracy for different surfaces of a workpiece. A geometric error model has been developed using an arch-type, multi-spindle machine tool, and the error compensation simulation results based on this model are presented. The simulation results demonstrated effectiveness of the proposed error compensation algorithm for use with multi-spindle simultaneous cutting applications.     

TS640测头在五轴数控机床摆动主轴标定中的应用

摆动主轴作为五轴加工领域的关键零部件,其摆动精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。文中阐述了TS640测头的工作原理及在建立摆动误差模型时的应用,对摆动误差进行测量,并建立了误差补偿的数学模型。为数控机床的误差补偿提供理论依据,提高了五轴数控加工中心的加工精度。     

机器人加工装备运动学镜像模型建立方法与实验研究

在数字空间建立加工装备的镜像模型是实现智能制造的基础,镜像模型与加工装备构成数字孪生体,从而在数字空间中实现加工装备的加工模拟、仿真与参数优化。利用轴旋转法获得物理机器人各轴轴线及其位型,实现物理机器人几何参数与零位的解耦标定。采用坐标变换法建立物理机器人的运动学方程并利用牛顿迭代法求取运动学逆解。在数字空间中,利用标定的几何参数建立物理机器人的镜像模型,并集成刀轨迹生成与后处理模块。实验结果表明,由数字空间镜像模型生成的加工轨迹,物理机器人不变姿态的加工误差最大值为0.28 mm,机器人变姿态的加工误差范围为-0.83～+0.52 mm。     

五坐标数控加工插补误差的刀触点加密控制方法

对五坐标数控加工插补误差的产生原理进行了深入分析,探讨了在各种加工允差条件下插补误差的产生原理,并提出了刀触点自适应加密的插补误差控制方法,为减小五坐标数控加工的插补误差、提高加工精度和质量提供了参考。