基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法

针对目前航空发动机叶片进排气边加工精度和表面质量较差的问题,提出了一种基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法。建立刀位优化变量与刀位数据之间的关系方程,同时建立刀位数据与机床回转轴角度之间的运动变换方程,从而推导出刀位优化变量与机床回转轴角度之间的关系方程。通过求解上述方程得到球头刀多轴加工复杂曲面的刀轴矢量计算公式。在此基础上,给出球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法和刀轨生成方法。同时,以某航空发动机叶片为例,分析了本文算法和Sturz算法对机床回转轴角度的影响。分别利用本文算法和Sturz算法生成该叶片进气边加工的刀轨,并在五轴数控机床上进行加工试验。试验结果表明,该算法能够避免加工过程中机床回转轴的大幅波动,使机床轴运动更加平稳和光滑,从而提高曲面的加工质量和加工效率,具有一定的实际应用价值。     

基于机床几何误差模型的数控加工形位误差预测

影响加工形位误差的因素众多,机床几何误差是其中最关键的因素。其影响零件的功能要求、配合性质和自由装配性,是评估机床加工精度的重要指标。本文通过构建机床几何误差和零件形位误差之间的映射关系对加工形位误差预测方法进行研究,建立了基于机床几何误差模型的三轴机床刀具位姿误差模型,并以刀具位姿误差为中间量建立了平面度误差和圆柱度误差预测模型。使用TH6920型镗铣床进行试验验证,与零件形位误差检测值对比,圆柱度预测误差为9.3%,平面度预测误差为4.8%,预测效果较好,验证了预测方法的有效性。     

基于傅立叶级数的球头刀铣削力模型

球头刀铣削广泛应用于复杂曲面零件的加工,精确的铣削力模型是加工过程控制优化的基础。本文分析了球头刀的铣削过程,将剪切系数拟为微元刀刃轴向高度的多项式,对考虑剪切与犁切双重效应的周期性铣削力进行傅立叶变换,建立了铣削力的傅立叶级数形式。加工实验表明,应用本文方法的预测结果与测量得到的铣削力吻合良好,铣削力模型的有效性得到了验证。     

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.     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

球头铣刀铣削轮廓曲面的有效切削速度分析

对球头铣刀加工轮廓曲面的有效速度进行研究,考虑到球头铣刀倾角变化和工件曲率半径变化,建立了球头铣刀切削凹凸轮廓曲面的干涉模型。采用相对加工倾角的方式解决了高角度铣削的干涉问题,并根据实际有效切削直径得到凹凸轮廓曲面的有效切削速度。研究结果表明:采用小切入角度和大切出角度切削加工曲面时,有效切削速度较小;铣削加工凹曲面时受切深影响较大,凸曲面主要受前后刀轨影响较大。     

三坐标曲面加工中球形刀的刀位分析

从理论上对曲面加工中球形刀的刀位、走刀步长、切削行宽度和刀具半径对加工误差的关系进行分析。     

基于EFAST方法的三坐标数控机床几何精度灵敏度分析

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素之一,本文针对机床几何误差建模、几何精度灵敏度分析、筛选关键几何误差等问题进行研究。结合多体系统理论和齐次坐标变换建立三坐标数控机床的几何误差模型,求解机床空间位置误差表达式。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识三坐标数控机床的21项几何误差。应用Simlab软件中的拓展傅里叶幅值灵敏度检验方法(EFAST)对三坐标数控机床的几何误差进行灵敏度分析,并筛选出影响三坐标数控机床加工精度的关键几何误差。此外,以关键几何误差为基础,建立三坐标数控机床的简化几何误差模型,与三坐标数控机床的几何误差模型进行对比分析。结果表明,该方法可合理经济地提高三坐标数控机床加工精度及几何误差补偿。     

考虑刀具变形的球头铣刀铣削力建模与仿真

提出了准确识别参与切削的切削刃段的实体造型方法；基于铣削力与切削负载之间的经验关系，建立了三分量的球头铣刀铣削力模型；通过将刀具简化为一个悬臂梁结构，给出了刀具变形计算公式；从刀具变形对刀齿切削路径影响的几何关系出发，推导了三维进给运动下的瞬时切厚表达式。在此基础上，开发了完整的球头铣刀三轴铣削过程铣削力仿真系统。仿真计算和试验结果表明了模型及算法的正确性。     

基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系,利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹,提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制,分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上,以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带,利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正,建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明,提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。     

中点误差控制宽行加工算法

现有的几种利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题,不利于提高加工效率和保证加工质量。通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程,认为产生刀心波动的两个理论因素:行宽致波动量和刀轴致波动量,其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量,刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量。虽然存在两者异号相抵的情况,但也存在同号时增大刀心波动的情况。鉴于问题复杂性,从理论上消除行宽致波动量产生的刀心波动出发,提出中点误差控制刀位优化算法,该算法中的刀心波动仅由刀轴致波动量产生。算法以有效特征线段中点定位刀具,以最大加工行宽为目标,对刀具姿态进行优化。编制了计算程序并对某种螺旋桨试件进行试切试验。通过与Sturz算法和多点法(Multi-point method,MPM)结果比较,验证该算法在减小刀心波动、改善刀轨光顺性和提高加工效率方面的有效性。     

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。     

“S”形刃球头立铣刀的磨削成形刀位轨迹研究

基于球头立铣刀"S"形刀刃曲线完成了球头前刀面和后刀面的砂轮刀位轨迹计算,根据CNC工具磨床转换为机床的运动参数,结合计算机语言及切削仿真验证了数学模型的正确性,为"S"形刃球头立铣刀的磨削成形提供了理论依据。     

一种基于4PUS & 1PU*U机构的并联机床几何误差分析

以一种并联机床为研究对象,分别建立了在不同误差影响因素作用下并联机床的几何误差模型,并采用叠加法获得在这些因素作用下并联机床的误差解析式.为了表征这些因素的误差影响程度,提出一类基于绝对误差敏感度的误差性能指标.通过计算分析,获得了在工作空间中这些因素对并联机床误差的影响力以及影响方向,这些结论反映出并联机床的一些结构特性,并为并联机床精度设计、标定和误差补偿提供了方向性的指导.     

自由曲面3轴NC加工的全干涉检查研究

对自由曲面用球头刀进行3轴NC加工的干涉检查方法进行了研究,提出了一种新的干涉检查方法,该方法不仅可检查曲面加工时的局部干涉,而且还可对曲面加工时的全局干涉进行检查。通过与传统干涉检查方法的比较,并对不同刀具半径下干涉结果的比较,验证了本文提出的干涉检查方法的完整性、精确性和实时性,可指导曲面加工时刀具的选择。最后的实例证实了该方法及算法是合理可行的。     

基于铣削力精确建模的工件表面让刀误差预测分析

航空航天制造业结构件的高速铣削加工中,在切削力作用下由整体铣削刀具挠度变形所引起的工件表面让刀误差,严重制约零件的加工精度和效率。针对这一问题,通过建立铣削力精确预测模型,结合刀具刚度特点,对工件让刀误差进行预测分析。将切削速度和刀具前角对切削力的影响规律引入二维直角单位切削力预测模型,并通过试验进行相关系数标定。借助等效前角将直角切削力预测系数应用到斜角切削力的预测,通过矢量叠加构建整体刀具三维切削力模型。分析刀具挠度变形对铣削层厚度及铣削接触中心角范围影响规律。基于离散化的刀具模型和切削力模型,建立铣削载荷条件下刀具等效直径悬臂梁模型弯曲变形计算方法。构建以刀具变形对铣削过程影响作用规律为反馈的刚性工件表面让刀误差及切削力柔性预测模型,通过整体铣刀铣削试验验证所建立理论模型的预测精度。     

三坐标NC加工几何验证算法的研究与实现

基于实体造型,综合现有ＮＣ几何验证方法的优点,研究与实现了一种新Ｚ＆Ｎ验证算法。利用Ｚ高度法效率高的优点,判断采样点是否超差;利用矢量分割法检测结果可靠性高的优点,求解沿着设计曲面的法矢方向以及采样点到刀具扫略体的距离（切削误差）。     

三坐标数控机床的几何误差参数辨识

在分析了国内外误差参数辨识的现状之后，详细介绍了9线法的辨识原理，并以三坐标数控机床为例，运用9线法对三坐标数控机床的21项误差进行了辨识。     

超精密五轴机床的几何误差建模和灵敏度分析

基于设计出超精密机床的目的,研究了机床的几何误差建模和误差的灵敏度分析。基于刚体运动学和齐次变换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix,HTM)建立了RTTTR配置的超精密五轴机床的几何误差模型,模型涉及37个误差分量。分别对37个误差分量进行了几何误差的灵敏度分析,分析结果将应用于超精密五轴机床的设计与制造上。     

精密机床几何误差补偿技术及应用

误差补偿技术是提高精密机床精度的有效途径,本文研究了影响精密机床精度的主要因素,重点分析了几何运动误差及热误差源的检测、建模和实时补偿技术。