基于Windows的数控线切割绘图自动编程系统

采用VB6．0开发一套基于Windows平台的数控线切割绘图自动编程系统。该系统具有独立的交互式二维绘图平台,既可独立绘制用于数控线切割系统加工的零件轮廓曲线,也可打开其他CAD系统绘制的零件加工轮廓曲线;对绘制或打开的零件加工轮廓曲线可根据要求自动排序并自动计算生成适用于数控线切割系统的加工程序,极大地提高了编程的效率和编程精度。     

慢刀伺服变主轴转速车削非圆截面元件研究

超精密非圆截面元件,如质谱仪中的双曲面四极杆,通常采用慢刀伺服（Slow Tool Servo, STS）车削的方法加工。然而,由于STS的带宽较低,使得STS跟踪目标刀具轨迹的能力在一定程度上受到限制,导致被加工零件轮廓产生较大的形状误差。为了降低该误差,本文提出一种基于STS的变主轴转速（Variable Spindle Speed,VSS）车削非圆截面元件的加工方法。阐述了如何根据非圆截面元件轮廓设计出相应主轴转速的变化轨迹。为验证所提方法的正确性,本文利用STS以主轴定转速和变转速方式分别车削了截面轮廓呈正弦变化的零件,并对刀具伺服输入信号进行了频谱分析。实验结果显示：变主轴转速车削正弦截面零件的形状误差小于定主轴转速车削。结果表明：本文所提出的VSS加工方法能够有效地提高车削非圆截面零件的形状精度。     

基于模糊扰动补偿的直接驱动XY平台轮廓控制

为了削弱永磁直线同步电机XY平台轮廓误差模型相对复杂、系统未知干扰多以及参数不确定对轮廓加工精度的影响,实现XY平台的高精度轮廓控制,在单轴控制器上设计了基于模糊控制方法及干扰观测器技术的模糊扰动补偿器,同时采用了适用于多轴非线性轮廓控制的实时轮廓误差算法,建立可用于自由曲线跟踪的XY平台实时轮廓误差模型.基于模糊扰动补偿器的控制系统能够较好地抑制外部扰动,同时有效地提高轮廓精度.仿真结果表明,所设计的控制系统具有较强的抗扰性和较高的轮廓精度.     

NURBS及Hermite混合高速加工插补算法

在考虑工件轮廓的几何特点对加工效率与加工平稳性带来的影响的基础上,提出直线、NURBS及Hermite曲线混合高速加工插补算法.该算法在满足插补精度的基础上,对工件轮廓的线段长度、相邻线段夹角等几何参数进行定量分析,筛选出满足条件的部分进行NURBS曲线拟合.对存在尖角的曲线段间采用三次Hermite曲线进行衔接,改善了加工轮廓的光滑性.在满足最大弓高误差及最大加速度的要求下对直线段、NURBS曲线以及Hermite曲线进行混合插补,从而实现任意轮廓高速高质量的数控加工.对比分析和加工实验表明,采用该算法能够提高轮廓的连续性,有利于改善加工效率和加工平稳性.     

在AutoCAD平台下的二维零件CAM实验系统

提出了一种由 ＡｕｔｏＣＡＤ二维图形直接生成数控火焰切割机加工代码的方法:通过提取零件图形轮廓几何数据,判断零件轮廓旋转方向和内外轮廓,从而判断刀具补偿方式,自动生成数控加工代码。在ＡｕｔｏＣＡＤ平台下,利用Ａｕｔｏｌｉｓｐ语言和ＤＣＬ对话框工具研制开发了二维零件计算机辅助制造(ＣＡＭ)实验系统。     

多零件轴孔精密过盈装配

为了实现多圆环零件的高精度轴孔过盈配合装配,研制了基于力传感器、光栅尺和工业内窥镜的精密装配及检测系统.设计了柔顺夹持机构,克服了被装配零件与模具装配孔之间的径向定位偏差所引起装配卡阻,提出了装配力/刚度位置补偿方法,在被装配零件外径有10μm制造公差的情况下实现了精确定位.对狭小无照明空间内零件的在线检测,应用内窥镜解耦视觉检测方法,通过控制内窥镜移动的光栅尺的位置信息和采集到的图像信息获得被装配环片的精确位置信息.装配和检测实验表明:圆环零件装配的误差在-9.4～6.1μm之间,内窥镜检测的不确定度在-1.7～8.2μm之间.所研制的系统能够满足圆环类零件的精密装配及检测要求.     

一种自适应的涡旋型线轮廓度误差评定方法

提出了一种基于包络线法,并结合优化技术来评价涡旋型线轮廓度误差的数据处理方法。该方法优点在于在涡旋型线轮廓度误差评定过程中能自动实现加工基准与测量基准的适应性调整,以此分离加工基准与测量基准之间的位置误差,消除位置误差对轮廓度误差评定结果的影响。经实际应用证实,该方法简便、合理,为科学地评价涡旋型线轮廓度提供了依据。     

宏程序及自动编程软件在复杂曲面零件加工的应用

针对数控车削加工中非圆曲线回转面的复杂外形零件,其编程难度大,加工轮廓不易控制的特点,采用宏程序编程方法的变量算术和逻辑运算功能以及转移、循环功能,编制复杂轮廓零件的加工程序。运用CAXA数控车削自动编程软件的零件建模、刀具路径生成、后置代码生成和模拟仿真加工验证功能,完成了复杂轮廓零件加工的自动编程。实践表明,宏程序编程灵活、精炼,修订方便,适应性强,简化了程序。CAXA数控车削自动编程简化了复杂曲面零件手工编程时繁琐的节点计算和指令的逐一输入工作,大大提高了加工效率。     

面向IGES格式的轴类零件轮廓自动生成研究

针对轴类件进行快速数字化设计与零件生成,现基于IGES格式存储的车削轴类零件,通过分析IGES存储的数据结构,简化车削轴类实体件为二维轴类图形轮廓,采用直线插补的方法对IGES中的有理B样条曲线进行分割处理,用获得偏置曲线作为零件轨迹,并通过VC++6.0编程提取简化后的IGES文件的全部零件轮廓信息(直线和弧线),生成三维实体数据,最后运用OpenGL图形处理技术对生成的三维实体数据进行真实感渲染。结果表明:开发的程序能够自动提取并生成IGES轴类零件轮廓,通过OpenGL造型处理即可观测到该轴类件的实体结构,作出合理修改。     

曲线方程的双圆弧拟合算法及实现

针对数控加工中零件轮廓由参数方程描述的非圆曲线,提出了一种控制拟合误差的双圆弧拟合算法及实现方案．实际应用表明,该拟合算法适合数控机床及数控切割机的控制轨迹编程．     

展开轮工作表面轮廓度误差评定

展开轮作为钢球缺陷自动检测设备中实现全表面展开的关键零件,其工作表面对缺陷的检测精度起到了关键作用.为了研究其工作表面的轮廓度误差,首先通过预定位初始匹配与迭代精调整建立了展开轮的轮廓度误差评价匹配模型,可以实现模型的高精度匹配.然后通过数值计算对其工作表面进行轮廓度误差评定.采用上述方法以传统方法加工出的展开轮工作表面为实例进行轮廓度误差评定,结果表明其工作表面的轮廓度误差较大.     

弧面凸轮专用加工机床中心距误差对凸轮廓面误差的影响

研究了弧面凸轮加工机床的中心距误差.利用等距曲面理论建立了弧面凸轮廓面方程,以及弧面凸轮廓面加工误差的数学模型,给出了中心距误差影响系数的计算方法.通过一个凸轮机构实例,求解不同走刀轨迹对应的中心距误差影响因子曲线,得到了加工廓面误差的变化规律;用VC++编程和PROE软件仿真出了加工廓面及加工廓面误差,揭示了由于加工机床中心距误差的存在导致弧面凸轮廓面加工误差,以及引起弧面凸轮机构的冲击、碰撞的产生机理.研究结果表明:加工机床中心距误差影响凸轮机构的啮合性能,对弧面凸轮的动力学性能有重要影响.     

基于模糊CMAC神经网络的XY平台交叉耦合控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)驱动的XY平台系统的负载扰动、任意加工曲线轮廓误差模型复杂及双轴参数不匹配等会影响加工精度的问题,XY平台单轴采用了能反映人脑认知模糊性和连续性的模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)设计速度控制器,在两轴之间采用实时轮廓误差估计模型和交叉耦合控制(CCC)进行轮廓控制器的设计,可同时减小跟踪误差和轮廓误差.FCMAC可准确及时地抑制负载扰动,交叉耦合控制削弱了双轴参数不匹配的影响.仿真结果表明,所设计的XY平台控制系统具有较高的轮廓精度和较强的鲁棒性.     

弧面分度凸轮机构的运动可靠性灵敏度分析

为分析制造、安装误差对弧面凸轮机构运动精度的影响,运用机构运动可靠性灵敏度分析方法对其进行研究。基于空间啮合理论建立含加工误差的弧面凸轮廓面数学模型,并以此导出弧面凸轮机构的运动误差函数;以该误差函数为基础,建立该凸轮机构的运动可靠性分析模型;推导出各项随机误差的标准差对机构运动可靠性的灵敏度解析表达。实例分析表明,凸轮与从动盘之间的轴交角误差是影响弧面分度凸轮机构运动精度的主要因素,其次是弧面凸轮廓面误差。     

列表轮廓零件数控自动编程技术自适应算法

目的　研究一种解决列表轮廓零件 NC编程困难的新方法 .方法　提出一种根据零件加工精度要求 ,自动生成变步长刀位轨迹的算法自适应算法 .结果　该算法可根据列表曲线的曲率变化 ,随时改变步长 ,同时使误差满足要求 .结论　从计算结果可以看出 ,随着加工精度的提高 ,插入的点数增加 ,对于同一条曲线 ,曲率大的地方插入的点数较多     

基于NURBS控制点重构的加工误差在机测量方法

在基于在机测量结果的基础上,提出新的获得自由曲面加工误差的方法,对曲面的面轮廓度误差进行评定.该方法利用在机测量加工曲面上少量测点的坐标数据,通过重构NURBS曲面控制点拟合加工曲面.考虑求解优化问题的适应性,利用最速下降法优化计算加工曲面到理论曲面的距离,获得曲面的加工误差,对曲面的面轮廓度误差进行评定.采用该方法在NURBS曲面工件上进行实验验证.结果表明,基于在机测量NURBS曲面控制点重构的方法能够有效、快速地进行自由曲面加工误差的分析和评定.     

大型水轮机转轮的计算机辅助制造技术

转轮是由一系列叶片和回转特征的零件组成。叶片是大型水轮机中最关键和最难制造的部件之一。为了高效制造这类叶片和有效地控制制造成本,研究开发出了一系列的计算机辅助叶片制造技术,包括：基于水轮机叶片制造要求的数字化设计、通过三维数字化测量的计算机辅助定位及误差评估、提高数控加工效率并能有效控制加工误差的刀位轨迹计算策略、通过建立虚拟数控加工叶片的仿真环境来验证数控加工的刀位轨迹和加工过程、以及切实可行并系统化的大型叶片五轴联动数控加工工艺。研究开发的数字化制造技术已成功用于大型轴流式和混流式水轮机叶片制造中,实际表明既可提高加工效率又能获得更好的叶片曲面加工精度。     

基于实时位置补偿直接驱动XY平台轮廓控制

永磁直线同步电机驱动XY平台系统在跟踪自由曲线时轮廓精度会受轨迹时变性的影响,系统中存在的周期性扰动也会降低轮廓加工精度.针对上述问题,采用适用于多轴非线性轮廓控制的实时轮廓误差计算算法,建立可用于自由曲线跟踪的XY平台的实时轮廓误差模型.利用实时位置补偿与交叉耦合控制相结合的控制方法减小轮廓误差.单轴系统采用IP积分-比例控制与速度前馈控制相结合的复合控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案能够有效地提高系统的轮廓精度,同时能较好地抑制系统周期性扰动的影响.     

空间曲线轮廓误差实时估算与补偿方法研究

为提高复杂轮廓线的加工精度,提出一套轮廓误差实时估算及误差补偿算法.该算法通过当前刀位点数据,建立局部搜索的曲线实时轮廓误差模型,结合数控机床伺服控制系统,利用数控插补器输出位置,采用Z变换预测各运动轴在下一时刻的输出值并估算其轮廓误差,运用泰勒级数求解各运动轴的补偿值,并将其送入伺服系统输入端,从而实现加工过程中轮廓误差的实时补偿.以空间直线、圆柱螺旋线和B样条曲线为例,构建其轮廓误差模型并进行仿真分析,最后对“S”形B样条曲线进行实验验证.结果表明,该方法能有效地控制空间曲线的轮廓误差.     

基于直曲线判断的曲线拟合研究

针对数控加工中任意形状的轮廓拟合速度慢、精度低等问题,提出一种基于直曲线判断的非均匀有理B样条曲线自适应逼近方法。该方法首先得到直线和曲线的过渡点,并按离散点顺序判断出直线或曲线。若是直线,采用最小二乘法拟合该直线;若是曲线,采用曲率与斜率相结合的方法求出曲率极大值点,作为关键点插值非均匀有理B样条曲线,利用德布尔递推公式反求出控制点,生成初始插值曲线。然后求出所有原始离散点与初始插值曲线上对应点的误差,若最大误差不满足给定要求,则在最大误差处自适应增加一个关键点形成新的插值曲线,反复迭代直到最大误差满足给定误差条件。相比传统算法,该方法能够更好地凸显整体轮廓的主要特征。实验证明该方法不仅可以得到最少的控制点数目,还具有速度快、逼近精度高等特点。