弧面分度凸轮的加工和原始误差分析

以空间啮合原理为基础,介绍了弧面分度凸轮的加工方法。用矢量法分析了弧面分度凸轮廓面的原始加工误差及其对弧面分度凸轮从动件运动规律的影响,并以改进梯形运动规律的弧面分度凸轮机构为例,用计算机求出了由凸轮原始误差引起的从动件的位移误差曲线。     

弧面凸轮单侧面加工多重包络原理与刀位控制方法研究

为提高弧面凸轮廓面加工精度、减小加工过程中刀具误差对凸轮廓面法向误差的影响,分析了弧面凸轮结构特点和现有加工方式存在的问题,提出单侧面加工多重包络原理,并进行了实例仿真计算。利用空间啮合原理和旋转变换矩阵,根据多重包络原理推导出凸轮实际廓面方程,研究了多重包络原理的刀位补偿和刀位控制方法。仿真计算和分析表明,利用单侧面加工多重包络原理可显著减小凸轮廓面法向误差、提高凸轮加工精度。     

基于NURBS的空间分度凸轮廓面重构与仿真

利用空间分度凸轮廓面方程获取离散点云数据,采用非均匀有理B样条(NURBS)重构凸轮廓面,构建空间凸轮参数化特征模型。基于该模型,进行凸轮分度机构的运动学仿真,生成加工制造模型,实现空间凸轮NURBS廓面的仿真加工和四轴铣削NURBS创成。仿真和创成误差分析结果表明,从动件运动规律曲线更加光顺,最大速度Vmax和最大加速度Amax等运动特性值均优于修正正弦曲线,廓面创成误差与加工路线的曲率有关,最大误差出现在曲率绝对值最大处且不超过0.01 mm。因此,廓面NURBS重构技术,是一种有效的空间凸轮设计和创成方法。     

弧面凸轮廓面非等径加工的刀位控制方法

刀位补偿法是非等径加工弧面凸轮廓面最常用的方法，提出了刀位补偿法法向误差计算的方法和一种刀位自适应补偿优化算法，即对于任意凸轮转角，以最大法向误差最小为目标函数，进行刀位优化，寻求对应的最佳补偿点和补偿量，使刀位根据加工误差自适应地柔性补偿。通过实例验证了法向误差计算式的有效性，并得出了滚子和刀具的半径差是最佳补偿量，而最佳补偿点位置并不固定的结论，结果表明所提出的刀位优化算法正确有效，可显著减小加工误差。     

弧面分度凸轮的四轴联动加工研究

受加工设备条件的限制,笔者改变了常用的五轴联动弧面分度凸轮加工方法,实现了四轴联动加工,创新了弧面分度凸轮四轴加工的新思路,解决了因设备条件不足而无法加工的难题,该方法经过最终加工验证,能满足加工需求。     

直纹螺旋面回转面工装设计解析图解法探讨

直纹螺旋面在机械加工中应用很广，铣、磨加工直纹螺旋面是广泛采用的方法，现有的设计回转面工装轮廓的图解法，是垂直于工具轴线作截平面的方法。这种方法作图繁琐、精度比较低，一般只有４￣５级。针对直纹螺旋面的特殊性，本文提出了直纹螺旋面回转面轮廓的解析图解法，其理论推理严密，精度高，设计应用简单方便，也可作为直纹螺旋面工装轮廓设计的通用计算机图解程序编制的数学模型。     

基于散乱点云数据的五轴数控加工刀轨生成算法

提出一种基于散乱点云数据的五轴数控加工刀轨生成算法,该算法根据点云数据的型面特征规划驱动刀轨,基于点云数据的动态索引获取瞬时加工区域,计算瞬时加工区域中数据点对应刀位点集,选取刀轴正向最高点作为当前刀位驱动点对应的无干涉刀位点,检测相邻刀位点间的极限加工误差并采用二分插值法控制刀轨精度,最终生成满足精度要求的五轴数控加工刀轨,实例证明该算法刀具适用范围广,可对各种复杂型面的产品点云数据生成高质量的五轴数控加工刀轨。     

螺旋锥齿轮齿面误差修

研究了基于数控加工螺旋锥齿轮齿面误差修正技术.提出了一种由摇台型机床调整参数向Free-Form机床转换的方法,建立了基于数控加工齿面误差模型;在此基础上,以齿面误差平方和最小为目标函数,优化摇台型机床调整参数,再将其转换为数控加工形式,从而实现数控齿面修正.最后通过算例表明,经过改变加权系数和优化可以达到齿面误差较高精度修正要求.     

机床误差对螺旋锥齿轮齿形的影响规

基于螺旋锥齿轮齿面分析的数学模型,采用最优化算法和一种新的计算齿形误差的方法,计算了误差齿面与理论齿面在理论齿面法线方向的齿形误差.通过引入机床调整误差和刀具参数误差,分析了各种误差对螺旋锥齿轮齿形的影响规律,以图形的方式表示了误差齿面相对于理论齿面的偏离方向以及误差值的大小,为机床的精度设计、齿形误差的修正以及指导实际加工提供了理论依据.通过实际的磨齿加工和检测对算法以及分析结果进行了验证.     

钢球滚子弧面分度凸轮机构弹流润滑分析

利用Hamrock-Dowson膜厚度公式和点接触中心区油膜计算公式,推导出钢球滚子弧面分度凸轮机构中钢球和凸轮滚道接触油膜厚度的计算公式.利用数值计算方法,比较分析了凸轮在采用修正等速、修正梯形加速度和修正正弦加速度运动规律曲线时,整个分度周期内油膜厚度的变化.讨论了凸轮转速、分度盘负载力矩、钢球直径、凸轮滚道截面半径与分度盘直径比等参数对油膜厚度的影响,为钢球滚子弧面分度凸轮的润滑设计提供了理论依据.     

基于冗余联动的六轴联动数控机床加工轨迹误差优化

针对数控机床实际加工轨迹与理论轨迹存在误差的现象,提出利用六轴联动数控机床冗余联动特点优化该误差的方法。建立了一类六轴联动数控机床的运动学模型,并研究了其冗余联动特点。根据刀具接触点运动规律,以冗余旋转联动轴的运动优化刀具中心点运动轨迹误差和刀具轴线转动轨迹误差,从而实现加工轨迹误差的优化。在实际六轴联动数控机床上进行了抛光加工实验,通过应用所提出的轨迹误差优化算法,减小了抛光过程中的加工轨迹误差,降低了工件表面粗糙度,且保证加工后表面具有较高的均匀一致性,提高了抛光表面质量,从而验证了所提出方法的有效性。     

三角网格曲面环形刀五轴加工宽行距刀具路径生成方法

针对三角网格曲面五轴数控加工中普遍使用的截平面法加工行距较窄、加工效率较低的问题，提出一种可变行距的宽行加工刀具路径生成方法。首先，以三角网格数据重构为基础，提出一种基于KdTree网格区域划分的求交算法，实现了网格数据点的快速获取；然后，分析环形刀及三角网格曲面的几何特性，在无曲率干涉条件下提出通过改变侧倾角并优化前倾角使刀具有效切削半径最大化的方法，获得以加工行距最大化为优化目标的最佳刀具倾角组合；最后，结合三角网格曲面的特性建立一种环形刀刀具离散模型，并提出了相应的干涉检测与修正方法。仿真实验表明，在相同加工条件下，本文加工行距优化方法较现有方法明显增大了加工行距、提高了加工效率，而且所提出的刀具干涉与修正处理方法能有效避免局部刀底干涉及全局刀杆干涉现象的发生。     

柔性凸轮曲线的NURBS表达与多目标遗传算法优化

NURBS曲线通过调整节点矢量、控制顶点位置和权因子能够优化曲线形状,因此利用NURBS曲线可以构造柔性的凸轮曲线.为了同时满足凸轮机构的运动学和动力学性能,建立了凸轮曲线的多目标优化模型,并提出一种集成精英保留策略、目标达到法选择策略和快速非支配排序算法的混合遗传算法,求解凸轮曲线的多目标优化模型.优化实例表明,该混合遗传算法可以有效解决多目标优化问题,获得综合特性良好的凸轮曲线.     

五轴加工刀触点路径非线性误差补偿与修复方法

自由曲面五轴加工时,两个旋转坐标参与线性插补会引起刀具与曲面的实际切触点(刀触点)偏离预设的刀触点线性轨迹,形成刀触点路径的非线性误差。为有效降低该误差,提出一种基于理想刀触点路径的非线性误差补偿与修复方法。通过分析刀具姿态变化引起刀触点路径非线性误差的产生机制,分别建立机床运动学变换模型和刀触点路径的非线性误差模型,根据当前插补刀心点求出与之相应的插补刀触点,再求出插补刀触点与刀触点路径间的空间距离和垂足位置坐标,进而分别确定非线性误差的补偿距离和方向,对插补刀心点的位置进行实时修复后,再完成对5个进给轴的伺服控制。仿真结果表明,该方法能有效降低刀触点路径的非线性误差,对提高五轴线性插补时刀触点轨迹的控制精度具有实用价值。     

五轴数控加工叶片无干涉刀位轨迹的计算

根据微分几何特性，提出五坐标数控加工叶片时对叶片的工作面和背面的刀位轨迹计算分开予以讨论，对工作面而言，利用平头立铣刀加工时不存在干涉，而对背面而言，可能存在干涉。根据干涉的种类，分别对全局干涉和局部刀具干涉提出了快速判定依据，并对干涉点进行了修正。指出利用Iso-scallop法可获得最优的轨迹和蔗，并给出了实例。     

基于模糊多准则算法的收割机搅龙叶片机械加工研究

搅龙叶片属于复杂的曲面机械零部件,其机械加工是一个复杂多元素作用的复合过程。为了提高搅龙叶片机械加工的精度,提出了一种基于CAD和PRO/E软件的叶片加工走刀轨迹的仿真优化方法。该方法利用CAD提取搅龙叶片型面的关键点。在搅龙叶片型面数据点提取的过程中,会产生大量的加工控制点,为了对控制点进行优化筛选,提出了一种模糊多准则算法,实现了叶片的机械加工决策和优化由经验型向理论指导型的转变。在PRO/E软件中,对提取得到的关键点进行了建模,得到了叶片的型面,将型面进行合并得到了搅龙叶片的曲面实体,最后对实体进行走刀轨迹仿真,得到了搅龙叶片的机械加工精度,并将模糊多准则算法和非模糊多准则算法控制下的机械加工精度进行了对比。对比结果表明:模糊多准则算法可以有效地提高收割机搅龙叶片的机械加工精度。     

基于深度自编码器的大型龙门加工中心热误差建模方法

为提高热误差模型的预测能力,提出一种基于深度学习方法的数控机床热误差建模方法。利用模糊聚类法和灰色关联度分析法选取温度变量的热敏感点,采用深度自编码器（Stacked automatic encoder, SAE）网络从选出的输入样本中提取特征,构建特征集,然后使用遗传优化算法（Genetic optimization algorithm, GA）对BP神经网络参数进行寻优,从而提出一种基于SAE-GA-BP的数控机床热误差建模方法。以某大型龙门五面加工中心为实验对象,研究并选择了加工中心加工过程中的主要误差源——主轴热误差进行补偿,对主轴热误差深度学习模型和多元回归模型进行了分析对比。结果表明,在预测精度方面所提出的建模方法优于传统多元回归模型,从而验证了该建模方法的可行性和有效性。     

自动打捆机的关键自由曲面数控加工技术应用

为不断提升自动打捆机的使用寿命与作业效率,从数控技术理论角度对自动打捆机的关键自由曲面进行识别与加工优化。在充分理解打捆机结构组成与硬件控制装置的基础上,考虑加工过程残余高度机理,建立关键自由曲面理论函数与物理模型,从误差补偿、刀具路径、切削刀具、加工顺序及CNC程序编制5个方面逐一按照加工工艺要求选择,并融入约束条件核心算法,进行关键自由曲面数控加工仿真试验。结果表明:整体加工时间较常规加工方法有明显减少,由4.71min缩短至3.79min;同时,切削长度经合理的规划与计算,由1 821.59mm缩短至1 5 4 6.2 3 mm,空刀路径由2 4 5.3 2 mm缩短至8 6.1 2 mm,加工效率约提升1 2%,关键曲面数控加工优化效果明显,具有一定的推广价值。     

拖拉机复杂曲面零部件数控加工刀位轨迹优化

拖拉机回转体曲面零件属于复杂的加工零件,在数控加工过程中由于编程的不同会导致加工工序和工艺等存在较大的差异,合理的刀位轨迹编程可以有效地提高数控机床的加工效率和加工精度。为此,将曲线拟合算法引入到了刀位轨迹优化过程中,并根据刀具加工步长和加工误差对刀位轨迹进行了密化插值优化,得到了加工精度较高的刀位算法。为了验证方案的可行性,对拖拉机犁耕装置的附加叶轮进行了结构分析,并成功提取了关键的曲面曲线型值点;然后,利用曲线拟合的方法得到了加工路线形状,对刀位轨迹坐标进行了提取,通过密化插值最后实现了刀位轨迹的优化。同时,利用UG软件生成了刀位轨迹,从而验证了刀位轨迹优化方案是可行的。     

精密镗床旋转轴几何误差完备性测量与辨识

针对四轴卧式镗床旋转轴需测几何误差的数目不统一与完备性缺失的问题,提出了基于形状创成函数的四轴卧式镗床旋转轴PIGEs形成机理分析方法与旋转轴完备几何误差测量辨识方法。基于形状创成机理构建了卧式镗床几何误差创成函数,确定了旋转轴可通过误差补偿进行调整的最少与位置无关的几何误差(Position-independent geometric error, PIGEs)数目。建立了卧式镗床旋转轴4项PIGEs、6项与位置有关的几何误差(Position-dependent geometric error, PDGEs)、6项安装误差(Setup error, SEs)与球杆仪(Double ball bar, DBB)测量轨迹半径之间的完备性函数模型,设计了基于DBB的四轴联动Viviani曲线测量轨迹,构建了旋转轴6项PDGEs的NURBS表征与PIGEs、SEs辨识方法。开展了误差补偿对比实验验证,结果表明,利用几何误差完备性测量与辨识结果进行误差补偿,较仅单一补偿6项PDGEs可提升圆轨迹测量精度40.69%。