小型数控微细铣床的研制及铣削试验研究

总结了现有微小零件加工技术的局限性,阐述了微细铣削加工的优势,并自主构建了一台适于微小零件制造的小型三轴数控微细铣床,铣床本体尺寸为400mm×400mm×260mm,工作空间为50mm×50mm×50mm。介绍了组成微细铣床的六大子系统的性能,对微细铣床系统进行精度测试,该铣床的定位精度达到1μm,满足微细铣削加工的精度要求。使用硬铝LY12进行微直槽及薄壁、微同心圆槽的铣削加工试验。加工试验结果显示:该微细铣床已经具备加工介观尺度的高深宽比微小零件的能力。     

基于遗传算法的笔式加工刀具路径优化

为缩短笔式加工时间和提高加工效率,提出了一种新的基于遗传算法的刀具路径优化方法。笔式加工的特点决定了生成的刀具路径为一系列离散的切削路径段,为了精简搜索数目,将每段刀具路径看作两个遗传基因。使用十进制码构造分段染色体模型,采用改进的遗传算法对笔式加工分段路径进行优化排序,得到刀具路径排布的近似最优解。实验结果表明:改进的自适应遗传算法比一般遗传算法搜索速度提高若干倍,可以明显缩短加工路径的总长度。     

参数曲线的自适应实时前瞻插补算法

为实现数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,提出了一种参数曲线的实时前瞻插补算法。该算法根据加工弓高误差要求自适应地调整进给速度,同时找出速度敏感点。通过把前瞻距离分成两部分的方法,分析速度敏感点,找出最佳的加减速控制点,避免相邻速度敏感点间加减速过程的互相干涉,提早进行加减速控制,防止速度的急剧变化,从而在满足加工精度的同时也满足了机床的加减速性能。通过RT-Linux软数控下的实例,表明该算法能够适应曲线的各种变化,验证了其可行性。     

基于NandFlash的文件系统在嵌入式数控系统中的应用

分析了NandFlash的结构特点,阐述了基于NandFlash的文件系统在一个铣床嵌入式数控系统的开发与实现,并将其嵌入到μC/OS-Ⅱ内核上.文件系统参照FAT16的管理思想,有很好的稳定性、可维护性和可移植性.     

可重构数控系统模块化设计的研制与开发

传统的数控系统相对独立彼此封闭,不同的数控厂家开发的软硬件不能互相替换,缺乏兼容性,阻碍了数控系统的升级换代,造成了人力,物力和财力的巨大浪费,同时也阻碍了数控机床生产对市场和用户的快速响应能力,为了解决这一问题,本提出可重构数控系统模型,以Windows和PC机为软,硬件平台,在组件对象模型（COM）基础上,初步实现数控系统软硬件模块的可重构。     

软PLC中梯形图向指令表转化的实现

详述了软PLC中梯形图编辑界面的实现,以及在梯形图向指令表转化过程中采用的方法:将梯形图映射为AOV有向图,通过AOV的拓扑排序来实现最终的转化.为了拓扑排序的简便性起见,使用了十字链表作为AOV有向图的存储结构.     

复杂曲面笔式加工的直接插补算法

复杂曲面笔式加工时的工具轨迹是位于曲面上的自由曲线轨迹．针对此类形式的轨迹，给出一种复杂曲面笔式加工时的自由曲线型刀轨的直接插补算法，即对位于曲面上以投影方式形成的任意自由曲线形式的刀轨进行插补计算，生成控制机床运动的指令．该方法的实现扩充了CNC系统的轨迹控制功能，提高了复杂曲面的加工效率．仿真和试切的结果证明算法可行而且有效．该算法也可以应用到整体曲面加工中．     

EMA伺服系统速度环自校正控制设计

针对系统参数变化时伺服性能降低的情况,提出了一种通过辨识系统转动惯量实现速度环自校正控制的方法。根据波波夫超稳定理论设计离散系统模型,参考自适应算法递推得到系统转动惯量。建模分析速度环参数和转动惯量的关系,得到一种简单的控制器自校正规律,实现系统速度环的自校正控制。这种方法根据机械参数的变化校正控制器,提高了系统伺服性能。通过Matlab仿真验证了参数辨识方法和速度环自校正控制的可行性和有效性。     

刀具姿态实时控制的空间圆弧插补研究

基于坐标变换原理,平面圆弧插补算法可以扩展到由空间任意三点确定的空间圆弧插补。在此基础上,笔者对传统的固定轴空间圆弧加工进行扩展,给出空间圆弧加工时刀具姿态的实时控制方法和G代码指令格式,以满足机械加工工艺和CNC系统实时控制的要求。在深入分析五轴联动机床的RTCP(旋转刀具中心点)功能建立的基础上,对该类圆弧插补进行实时的非线性误差补偿,得到准确的插补轨迹,方便用户根据零件轮廓和期望的刀具角度进行编程。仿真结果验证了算法的有效性。     

五轴加工全局干涉检查及其避免

基于坐标系变换原理进行五轴数控加工刀具全局干涉检测,将曲面检测点变换到刀具局部坐标系中,通过判断曲面点是否落到刀具半径范围内来判断是否为干涉点,大大降低了计算量,提高了数控加工效率.对干涉点通过最小二乘法确立最小包容区域以及刀具姿态最优偏转轴及偏转角.为了防止在偏转过程中产生新的干涉,确立了刀具姿态有效区域,使得偏转角度能够避免刀具干涉且在有效区域内.通过实例验证了所提方法的可行性和有效性.