计算点到曲面最短距离的网格法

为提高最短距离计算的精度、效率和稳定性,提出了一种计算点到曲面最短距离的网格法。该方法首先利用曲面上给定的一点作为初始点,以该点为中心按给定步长将曲面划分为四个网格区域;然后分别计算空间点与初始点以及四个网格中心的距离,选取其中最小的距离作为最短距离,并得到相应网格中心;最后以该中心作为初始点,步长减半,重复以上步骤,从而获得满足一定精度的最短距离。分别以两个复杂曲面为计算实例,通过对所提方法与其他方法的计算结果进行比较,验证了该方法的有效性。

基于后置处理五轴刀具半径补偿方法

为解决不具备五轴半径补偿功能数控系统端铣加工过程中刀具半径补偿问题,提出一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法。首先,研究五轴刀具半径补偿的基本原理,针对常用的三种类型端铣刀,如球头刀、平底刀和环形刀,分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程。其次,以摆头转台类五轴数控机床为例,建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程,结合补偿后刀位点的矢量方程,推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程。然后,利用Visual C++6.0开发出一种带有刀具半径补偿功能的后置处理软件,该软件不仅可以直接生成半径补偿后的数控加工程序,而且可以生成带有半径补偿宏变量的数控加工程序。最后,以航空发动机叶片为例,利用VERICUT软件进行加工仿真,结果表明该方法的正确性和有效性。可见该方法能够方便实现不具备五轴半径补偿功能数控系统的五轴刀具半径补偿,避免刀具半径尺寸改变后必须返回CAM系统重新生成刀轨和再次进行后置处理的繁琐过程,从而缩短零件总加工时间和提高数控加工程序可重用性,具有较强的实际应用价值。

非正交摆头转台类五轴数控机床后置处理方法

提出一种适用于非正交摆头转台类五轴数控机床后置处理方法。以平动轴Y和回转轴B作为倾斜轴的摆头转台类五轴机床作为研究对象,分析该类型机床的结构特点。然后,分别将倾斜轴Y轴与OXZ平面之间夹角和刀具摆长作为变量,建立前置刀位数据与该类机床各坐标轴之间的运动变换方程,并推导出各坐标轴的计算公式。在此基础上,利用C++语言开发出适用于该类型五轴机床的通用后置处理软件。最后,对某汽轮机叶片五轴加工刀位文件进行后置处理,将所得到的数控程序在VERICUT软件上进行加工仿真。结果表明该方法的正确性和有效性,且能够实现五轴刀具长度补偿和工件原点偏置补偿功能。

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。

机械加工表面完整性影响试件疲劳性能的研究现状

机械加工表面完整性对试件的疲劳性能有直接的影响。因此,国内外的研究者对此做了许多研究和分析。在总结表面完整性及其对试件疲劳性能影响规律和机理的基础上,分析了机械加工表面完整性各主要指标影响试件疲劳性能的研究现状和形成的主要成果,并且阐述了表面粗糙度、表面加工硬化、表面残余应力等关键指标对试件疲劳性能影响机理方面需要进一步完善的理论,为抗疲劳制造领域后续研究工作的开展提供了相应的参考。

GH710整体叶盘叶片型面磨削加工技术研究

GH710材料强度高、耐热性好,但切削加工性极差,导致GH710整体叶盘叶片型面的轮廓精度极难保证。根据GH710整体叶盘的加工特点,研制了专用CBN电镀砂轮,在磨削参数和工艺方法优选的基础上,实现了GH710整体叶盘叶片型面的精密磨削加工,并完成磨削应用验证试验。结果表明,利用电镀CBN砂轮磨削加工技术和对称插磨工艺可以实现GH710整体叶盘叶片型面的精密磨削加工,叶片型面的整体轮廓误差小于0.04mm,且砂轮使用寿命和磨削效率能够满足生产需要。

虚拟样机技术在夹紧机构设计中的应用

应用ADAMS软件结合大蒜根须切除设备中的夹紧机构的设计,具体阐述了虚拟样机技术在产品设计中的应用.

Al_2O_3/TiCN涂层刀具的滑动磨损性能及切削性能研究

进行了滑动摩擦磨损和高速干切削试验,研究了Al_2O_3/TiCN涂层硬质合金刀具材料的磨损机理.结果表明:摩擦系数随着滑动速度的增加而减小,在FN=10 N时,摩擦系数最大.随着载荷和滑动速度的增加,磨损率有减小的趋势.受摩擦力和摩擦热的作用,在涂层刀具材料表面形成鱼鳞状的粘结层,随着速度和载荷增加,粘结的金属材料增多.在刀具前刀面靠近刀尖处形成了耐磨氧化物,提高刀具抗磨损性能,但在后刀面易形成少量的铁氧化物,加剧刀具磨损.其中,在刀具材料磨损表面形成的次生粘结层或氧化薄膜(如TiO_2、SiO_2),起到了润滑、减摩的作用,有利于刀具材料耐磨性能的提高.本文中的研究成果可望在指导高强度钢类材料的高效、高质量加工中发挥积极地作用.

陶瓷刀具超高速铣削镍基高温合金刀具失效机理研究

采用sialon陶瓷刀具进行了超高速铣削镍基高温合金Inconel 718实验,应用线性回归及极差分析法,研究了在超高速切削范围内切削参数对切削力和切削温度的影响程度,揭示超高速切削刀具失效机理,探讨超高速加工的可行性。结果表明:切削速度、进给量、轴向切削深度对切削合力峰峰值影响依次减少,而对切削温度的影响按显著程度依次为轴向切削深度、进给量和切削速度。陶瓷刀具超高速失效机理主要是剥落、崩刃和粘结磨损,热应力和机械应力交互作用是刀具失效的主要原因。

陶瓷刀具材料断口形貌及裂纹扩展的分形特征

通过热压烧结工艺,制备了一种高性能的Si3N4基陶瓷刀具材料。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别对材料物相组成、微观形貌及裂纹扩展路径进行了分析。借助图像处理技术和分形理论,计算了断口形貌及裂纹扩展路径的分形维数,并揭示材料断裂机制。研究表明,Si3N4基陶瓷刀具材料表现为穿晶/沿晶的混合断裂模式,其裂纹扩展方式主要是偏转和桥联,断口形貌及裂纹扩展均具有明显的分形特征。当材料断口形貌越粗糙,裂纹扩展路线越不规则,分形维数值增大,表明断口微观结构的粗糙程度、裂纹扩展路线的不规则程度可用分形维数来刻画。

基于逐步回归的机床温度测点优化及热误差建模技术

通过对机床温度测点进行优化,建立其与机床热误差之间的数学模型,对机床热误差进行实时预测与补偿控制,是提高数控机床加工精度的重要途径。为解决现有机床热误差模型预测精度低、鲁棒性差的问题,提出一种基于逐步回归的数控机床温度测点优化方法。通过偏F统计量的检验,在初步建立的回归模型中逐个引入新变量,剔除不显著的老变量,实现温度测点的优化布置,获得数控机床热误差的最优回归模型。将该方法应用于某数控机床,结果表明,基于逐步回归的机床热误差模型,所用温度变量最少,且预测精度最高。

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。

具有RPCP功能五轴双转台机床后置处理方法

针对不具备RPCP功能的五轴双转台机床每次安装工件时需使工件原点与机床原点重合的问题,提出了一种具有RPCP功能五轴双转台机床后置处理方法。首先根据五轴双转台机床的结构特征,分析该机床各坐标轴之间的运动关系,以工件原点在机床坐标系中的偏置量作为变量,建立前置刀位数据与机床坐标轴数据之间的运动变换方程;然后推导出该五轴机床各坐标轴的计算公式。在此基础上,基于VC++平台开发出具有RPCP功能的五轴双转台机床后置处理程序。以模具曲面加工为例,在VERICUT软件中进行了加工仿真验证,结果表明了该方法的正确性和有效性。

铝合金抗污自清洁表面的制备及性能分析

为了改善6061-T6铝合金的抗污和耐蚀性,利用喷丸、电化学氧化与氟硅烷修饰相结合的方法,在铝合金试件上构造出类荷叶表面所需的微/纳米双重复合结构,并进行抗污清洁表面的性能分析。通过喷丸处理在铝合金表面形成微米级凹坑结构,利用电化学氧化工艺制备出纳米级珊瑚状结构,对铝合金表面进行氟化处理,制备出具有微/纳米双重结构的抗污自清洁表面。最后,对铝合金抗污自清洁表面的表面形貌、表观接触角、表面黏着能、自清洁性和耐蚀性等主要性能进行分析。实验结果表明:喷丸和电化学氧化复合处理后,铝合金表面的最大接触角为153°,最小滚动角为5°,具有较好的抗污自清洁性能;表面硬度由原来的90HV提高至392HV,动电位极化曲线显示表面电流密度相比未处理前下降了2~3个数量级,表面耐磨性及耐腐蚀性能得到明显改善。

基于UG二次开发的宽行加工算法实现

宽行加工算法是高效的五轴数控加工算法,以UG为开发平台使用UG二次开发工具,实现了宽行加工算法和UG软件的集成,为算法提供了良好的人机交互界面,并以某模具型面为加工对象对软件进行验证。加工结果检测数据表明了本软件的高效性和可靠性。

五轴机床误差测量与辨识技术的发展现状

由于能对几何形状复杂、精度要求较高的自由曲面进行加工,五轴机床在大型旋转机械的叶片和螺旋桨加工过程中得到了广泛应用,对其误差进行精确、高效地测量和辨识是提高其加工精度的前提和基础。对几种传统的五轴机床误差测量与辨识方法进行了介绍,指出了各种方法的优势和目前存在的主要问题。在此基础上,对切削加工法的发展现状进行了总结,供相关领域的研究人员参考。

梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构

针对高速切削航空难加工材料镍基高温合金时对高性能刀具的迫切需求,采用热压烧结工艺,制备sialon梯度微纳米复合陶瓷刀具材料,研究烧结温度、保温时间、梯度层数对刀具材料力学性能及显微组织的影响。利用X射线衍射仪分析材料的物相组成,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对微观形貌进行分析。结果表明:在1750℃烧结、压力35 MPa、保温60 min的条件下,成功合成了β-sialon。具有7层梯度结构的刀具材料在此工艺条件下可获得最优的力学性能:抗弯强度σf=840 MPa,表层维氏硬度HV为17.32 GPa,表层断裂韧性K_(IC)=8.96 MPa×m^(1/2),表层残余应力σ_r=-423 MPa,满足刀具材料的使用要求。微纳米颗粒的同时加入和合理的梯度结构是获得较高力学性能的主要原因。

PMMA微细铣削参数优化实验研究

以聚合物微流体装置中常用的基体材料PMMA作为对象,通过高速微细铣削实验,对铣削过程中的因素参数进行优化实验研究。利用单因素实验法和正交实验法,以被加工工件的表面粗糙度为实验指标,选取轴向切深、每齿进给量和径向切深3个主要因素展开实验。实验结果表明,轴向切深a_p=15μm,每齿进给量f_z=5μm/z,径向切深a_e=0.34 mm时,可以获得最小的表面粗糙度。对表面粗糙度影响程度由大到小依次是a_p、f_z、a_e,并进一步通过实验验证。

高速铣削铁基高温合金表面加工硬化及残余应力研究

针对铁基高温合金加工硬化严重及表面拉应力的加工特点,采用两种硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,研究切削参数对加工表面硬化程度及残余应力的影响规律。研究发现:表面加工硬化程度在119.4%~139.9%之间,且随铣削速度v_c、每齿进给量f_z和轴向切削深度a_p的增加而增加,随径向切削深度a_e的增加而减小;残余应力在进给方向和切削方向上主要表现为拉应力,并且v_c、f_z、a_p对残余应力的影响较大。当v_c=50~100m/min,f_z=0.06~0.08 mm/z,a_p=0.2~0.3 mm,a_e=4~5 mm时,表面加工硬化小,拉应力得到控制,从而提高零部件的服役性能。

基于响应曲面法的钛合金干式车削工艺参数优化

为了提高钛合金干式车削加工质量,采用响应曲面法对主要车削工艺参数进行了优化,以工件表面粗糙度Ra和刀具磨损量VC作为评价指标,设计了切削速度、背吃刀量和进给量三因素的Box-Behnken实验模型。利用方差和拟合残差概率分布分析三因素的显著性及交互作用,并结合实验检验所建表面粗糙度和刀具磨损二阶响应预测模型的有效性。响应曲面法优化后的最佳工艺参数为:切削速度20 m/min、背吃刀量0.1788 mm、进给量0.1 mm/r,此时得到的表面粗糙度和刀具磨损量为1.031μm和155.6μm,与预测值的误差分别为:9.93%和1.58%。结果表明:基于响应曲面法的钛合金干式车削表面粗糙度和刀具磨损量预测模型准确有效。