一种机器人第七轴系统的优化设计方案

针对机器人竖直加工范围较小以及机器人第七轴的弯扭复合变形问题,将响应面法与结构拓扑相结合,提出一种抬高式重载机器人第七轴全局优化设计方案。该方案根据轨道交通车体表面打磨产线的设计需求进行第七轴结构设计,由机器人加工极限位姿建立七轴系统几何模型,并根据单元理论选定单元,建立基于虚位移的线性有限元方程,进行静力分析求解。根据分析结果,将第七轴系统划分为基座与加高座结构件两个模块,分别将其关键尺寸参数化,并通过Box-Behnken方法设计试验采样,建立基于多元二次线性回归方程的二阶响应面模型,结合输出的灵敏度分析结果建立强响应因素3D响应云图,采用遗传算法分别对各模块响应面求最优Pareto解,根据易加工原则,确定关键尺寸,完成尺寸优化。最后对加高座结构件模型进行拓扑优化分析,去除设计域冗余材料,结合实际加工情况,对拓扑结果进行模型重构,得到最优设计方案。

大型复杂曲面零件加工余量均布优化问题研究

提出通过曲面的初始匹配和精确匹配来实现余量分布的优化 .初始匹配决定后续算法的变量空间 ;精确匹配获得最佳的曲面匹配姿态及最佳的余量分布 .精确匹配采用最小二乘方法构造评估函数 ,应用遗传算法和单纯形法混合寻优 ,直接对问题涉及的曲面匹配变换矩阵的 6个未知量求解 .应用结果表明该方法具有易于实现、算法稳定等特点 ,较好解决了大型复杂曲面类零件加工余量计算问题 .

大型复杂曲面加工工件定位问题研究

通过建立大型复杂曲面零件定位问题的数学模型 ,应用遗传算法寻优求解 ,优化后的毛坯定位姿态保证毛坯各点具有均匀的加工余量 ,从而实现精确定位。实际运用表明 ,本方法使复杂曲面类零件定位问题得到了有效解决 。

五轴NC加工中刀具运动包络面的计算

在机械加工过程中,刀具的铣削在加工体表面形成沟槽,对该沟槽型面的数字化描述是精确计算表面加工残差、判断加工干涉的理论基础,进而可实现表面加工精度评估与控制及加工轨迹全过程的精确规划计算。沟槽型面是刀具刃口回转面在空间运动形成的包络面的一部分,因此推导包络面的解析方程成为解决问题的关键。结合五轴加工机床的运动特点,通过建立加工刀具刃口回转面的数学模型,推导出五轴NC加工刀具运动刃口回转面包络的解析方程。数字仿真的结果与实际完全一致,验证了方法的正确性和有效性,具有较强的理论性和实用价值。

五轴NC加工干涉检查与避免算法研究

利用刀具刃口回转面在两刀位点间运动形成的包络面方程与CAD模型面求交来实现五轴NC加工中干涉的判断与检验,依据检验结果对干涉进行处理,从而避免实际加工时干涉的发生。该方法考虑了刀具运动路径上全部刀位点的刀具与工件的位置关系,因而能够实现刀位轨迹全过程的干涉检验,避免了加工时对局部型面的破坏,有利于改善加工零件的表面质量。实际计算验证了该方法的可行性和实用性,具有一定的理论和实际意义。

基于曲面重构方法的大型叶片加工定位问题研究

大型水轮机叶片曲面翘曲,双面加工,笨重不易翻动,给其找正定位带来极大不便。长期以来,加工现场通常采用人工找正定位,其缺点是找正困难、效率低、精度差。本文通过反求工程方法将测量得到的大量离散毛坯表面数据,依据CAD模型的拓扑特征,重构毛坯表面,然后利用重构曲面与CAD模型曲面对应节点距离平方和构造目标函数,采用最小二乘法(LSQ)求解欧氏变换矩阵,从而达到毛坯加工余量均匀,实现计算机辅助定位的目的。实算证明:该方法能快速辅助找正;且对于表面质量高、边界规范的毛坯,定位比较准确。最后给出了一辅助定位实例。

超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略。在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度—加速度基准、位移—加速度基准和位移—速度基准,依据该基准与系统约束,提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法,并给出时间优化的轨迹规划算法。考虑算法离散实现时的精度损失,提出一种轨迹规划内部整数积分策略,避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败。此外,提出一种基于位置修正因子的补偿方法,克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差。实例证明提出算法的有效性和可靠性。该算法已成功应用于半导体加工装备研发中。

职业教育背景下的大学英语课程通识化教育探析

自通识教育理念引入我国以来,很多高校开展了通识化教育的探索和实践,各类精品的通识化课程层出不鲜。然而,在我国传统职业教育的实践中,由于过于重视职业教育的专业性和实用性,从而忽视了大学生综合人文素质的培养。为此,大学英语课程应该成为通识化教育中的重要一环,担负起自身不可替代的重任,致力于培养学生人文素质和批判性思维能力。

超精密点对点运动4阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化超精密点对点运动的4阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。然后以系统动力学为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的4阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了该算法在计算机离散实现时所带来的精度损失。通过实例验证了所提算法的有效性和可靠性。

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法与实现

分析了3阶轨迹轮廓可能存在的各种情形,在总结各种轨迹情形图形特征的基础上,建立了用来预判别以上情况的3个基准:速度-加速度准则、距离-加速度准则和距离-速度准则.依据该基准与给定系统约束,提出了一种轨迹全过程的快速预处理方法,实现了点对点运动时间优化;结合轨迹轮廓图形的对称性与面积求积分法,给出了一种简单的公式推导方法.在此基础上,给出了3阶轨迹规划的精确算法及其实现流程.实例证明了该算法的快速性、有效性、可靠性及灵活性.该算法已成功应用于超精密半导体加工装备的研发中.

步进扫描光刻机硅片台连续扫描时间优化算法

为减少步进扫描光刻机连续曝光扫描运动的扫描过渡时间(扫描时间和步进时间),将硅片台扫描方向曝光扫描运动分解为逻辑步进运动和逻辑扫描运动,提出扫描和步进运动时间重叠的轨迹规划算法(时间重叠算法)处理连续曝光扫描运动。在不破坏运动约束条件下(恒速运动要求以及速度、加速度边界限制),根据时间重叠算法重新计算并推导不同扫描运动路径下连续扫描运动过程的步进和扫描运动转折点。经理论分析和硅片曝光场连续曝光实例计算表明:基于时间重叠算法的轨迹规划可获得时间优化的硅片台连续曝光扫描,比传统扫描方法减少曝光扫描运动过程中的无效率时间,提高步进扫描光刻机生产率,为步进扫描光刻机工程实践提供理论基础。

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化的超精密点对点运动3阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有可实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。后以系统动力学限制为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的3阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了算法计算机离散实现时所带来的精度损失。实例证明了本文提出算法的有效性和可靠性。该算法也成功应用于纳米级精度的半导体加工装备的研发中。

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。

基于虚拟产品开发技术的叶轮优化设计

叶轮是透平机械的核心部件,其研制过程复杂、周期长,基于实物模型试验为主的传统研制方式成本太高。为此,提出采用虚拟产品开发(VPD)技术,将水轮机叶轮的CAD/CFD/CAE/CAM并行集成,在叶轮叶片设计引入DFM,以虚拟制造(VM)重构水轮机叶轮研制过程的设计方法。该方法使水轮机转轮从“设计-模型试验-修改设计”迭代过程改变成“设计-计算仿真试验(CFD)-修改设计”迭代过程,以CFD数值试验取代了模型试验,有必要时最终设计方案才进行模型试验验证。并详细讨论了基于VM的水轮机叶轮研制流程、基于VM的叶轮建模、叶轮内部的三维流场数值仿真和基于VPD的叶片优化设计。

曲面数控加工精度的研究

分析了影响曲面数控加工精度的因素,研究并提出了从数控程序设计、工艺系统和控制系统等方面提高曲面加工精度的方法。结果表明:数控加工工艺系统特性和数控系统误差是影响加工精度的重要因素,应尽量购置高精度的机床和数控系统,或采用工艺手段,或设置相应补偿参数,由系统自动补偿功能消除;程序设计的优劣也是影响加工精度的主要因素,应从刀具、加工方法、进退刀与走刀方式的选择和刀具路径规划的验证等方面采取措施,以保证曲面加工精度。

一种多工位复合自动钻床的设计

针对圆孔和螺纹孔加工中的多次装夹定位引起的误差和效率问题,设计研究了多工位复合自动钻床。采用了台达ES2系列可编程逻辑控制器(PLC)作为控制系统的核心控制器,以驱动并控制交流伺服系统和变频调速系统;控制系统采用了基于MODBUS-RTU协议的RS485通讯网络,并建立了高速稳定的通讯网络系统;采用人机界面(HMI)实现了参数设置和状态监控;设计了4种不同刀具,可实现多种加工工序的整合。实际运行结果显示:该钻床刀具的最大定位误差为0.1 mm,刀具重复定位误差为0.02 mm,所加工的螺纹孔正常,机床整体运行较稳定,能够满足用户基本加工要求。

基于能量法的大型叶片毛坯曲面重构

针对大型叶片毛坯曲面测量数据的特点 ,提出了一种基于能量法的毛坯曲面重构算法。该算法由 2个主要步骤构成 :基于参数域同构的毛坯曲面拟合、基于加工余量分布均匀的毛坯曲面匹配。实践证明 ,该算法构造的毛坯曲面不仅拟合精度高、光顺性能好 。

基于PID与cogging力补偿的直线电动机控制

直线电动机cogging力是影响伺服控制定位精度和跟踪精度的重要因素。目前电动机几何结构优化与有效的控制策略是减小直线电动机cogging力的主要措施。在分析已有研究的基础上,提出了一种完全基于试验的cogging力迭代标定方法,并结合PID位置/力控制策略实现了直线电动机cogging力的补偿。所提出的方法已在气浮结构运动平台上进行了验证,给出了cogging力迭代标定的试验结果,对比了cogging力补偿前后的伺服控制跟踪误差。结果表明了提出方法的实用性和有效性。

五坐标曲面NC加工刀具轨迹的规划

多坐标曲面加工的刀具轨迹规划是数控编程的基础和关键。从改善曲面加工精度和效率的角度,分析了五坐标曲面NC加工的逼近加工误差,讨论了走刀步长和切削行距的估算,提出了刀具轨迹规划的原则,并结合实例进行了轨迹验证。

虚拟制造技术在水轮机转轮设计制造中的应用

转轮是水轮机中的核心部件 ,不仅其研制过程非常复杂和周期很长 ,而且传统基于实物模型试验为主的研制方式成本太高。本文采用虚拟制造的理论和技术 ,重构传统的水轮机转轮研制过程 ,采用仿真设计和加工手段 ,改造传统的设计制造方式 ,并重点介绍虚拟制造在转轮设计与制造中的应用。