基于载荷控制的拐角铣削进给优化

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。

基于铣削力仿真的离线进给速度优化技术

为提高数控加工效率和改善加工质量,针对数控铣削加工参数优化问题,以球头刀具为研究对象,提出基于铣削力仿真的离线进给速度优化方法。提出的方法通过建立各个加工工序相应的铣削力优化目标模型,采用铣削力仿真的手段,预测数控铣削加工中产生的瞬时铣削力,根据各个加工工序建立的铣削力优化目标控制加工过程中瞬时铣削力的变化,以提出的给定最大铣削力、给定参考铣削力和给定铣削力范围方法对各个工序进给速度进行优化。给出了各进给速度优化方法的具体实现步骤,进给速度优化后自动修改NC(Numerical Control)程序反映优化结果。应用实例证明了提出的基于铣削力仿真的进给速度离线优化算法的有效性。

一种基于切削力模型的模具型腔粗加工进给率优化策略(英文)

复杂曲面加工广泛应用于模具行业.由于加工参数缺乏科学的选择工具,数控加工的进给率常根据加工经验设定.通常必须创建切削体积模型或矢量力模型来优化刀具路径各段的进给率.鉴于模具型腔粗加工常采用2.5维加工,提出一种通过正交切削试验建立切削力曲面模型用于模具型腔粗加工进给率优选的新策略.基于切削力曲面模型,采用多项式拟合的方法构建刀具在许可切削力下的侧向切深和进给率的方程,根据建立的方程计算每个刀位点处的进给率并反写到初始的G代码文件中.通过典型模具型腔的粗加工试验验证,证明该进给率优化策略不仅可以缩短加工时间,而且可以使加工载荷均匀.该策略对切削力载荷要求尽量均匀的模具型腔高速加工更有意义.

基于有限元数值模型和进给速度优化的薄壁件侧铣变形在线控制

为实现在加工过程中对薄壁件侧铣产生的较大切削变形进行在线控制,提出基于有限元数值模型和进给速度优化的在线控制策略。根据薄壁件切削过程的有限元仿真结果,建立数控机床进给速度、切削力、工件切削变形间的数值模型,进而确定用于控制变形的最优目标切削力。在具有开放式模块化的数控系统平台上开发了切削力信号实时采集、滤波功能和基于Brent-Dekker算法的进给速度在线优化策略,并根据滤波后的切削力及相应算法在加工过程中实时调整机床进给速度,保证切削力逐渐接近最优控制目标而实现切削变形的在线控制。试验结果表明,经过进给速度在线优化后的切削过程可将薄壁件侧铣变形控制在规定范围内,同时提高了切削效率。

基于铣削力仿真模型的进给率优化方法

提出一种新的进给率优化方法,将铣削力仿真模型应用于进给率优化算法,由设定的峰值力确定出金属去除率目标值,根据每段刀具轨迹的实际切削体积计算出相应的进给率数值。作为实际应用,将新方法集成到G代码优化程序中。实验表明,该方法具有很好的优化效果。

基于分段刀轨S曲线加减速控制的进给速度优化研究

针对采用恒定进给速度加工复杂曲面的加工效率不高问题,研究了基于分段刀轨加减速过渡的进给速度优化方法。以刀轨几何特点和机床运动学特性为约束,将刀轨进行分段并为每个刀轨段规划进给速度;在相邻的刀轨段中,以S曲线加减速控制中的加速和匀速或匀速和减速方式对进给速度进行过渡处理。实验结果表明了文中方法是可行和有效的。

多轴铣削加工进给速度离线优化方法

切削参数优化能够有效地提高工件的加工效率,降低加工成本。然而,当理论模型不准确或者工件产生较大变形时,以理论模型为基础的离线优化方法不再实用,而在线优化方法对设备性能要求较高,很难进行普遍使用。针对铣削加工工艺参数优化问题,提出一种基于在线测量切削力信号的进给速度优化方法,首先分析了铣削力解析模型,建立了进给速度优化数学模型,然后根据刀具参数和机床参数确定了优化约束条件,最后设计了实验模型,通过实际的加工实验验证了本文提出的进给速度优化方法。

模具型腔粗加工进给速度优化研究

针对模具型腔粗加工的特点,提出了二维当量载荷的概念,构建了模具型腔层切加工的切削力曲面模型,并对建立的切削力曲面模型进行进给速度优化。实验证明,该进给速度优化策略对提高模具型腔加工效率十分有效。

一种五轴侧铣加工进给速度的优化方法

针对五轴侧铣精加工工艺,提出一种进给速度优化方法。该方法以直纹面模型描述刀轴运行轨迹以单位时间有效切削刃对应的刀轴对应线段扫掠面积(有效刀轴扫掠面积率)描述单位时间刀具切除材料面积(面积去除率),通过计算每一段数控程序的扫掠面积和执行该段数控程序所需的时间值,来调整该数控程序段的进给速度,使得五轴数控侧铣加工过程中有效刀轴扫掠面积率稳定,即面积去除率稳定,从而提高五轴侧铣切削加工过程中的稳定性,改善加工工件表面质量。通过一系列的加工对比试验,验证了所提出方法的有效性。

数控加工过程中进给速率F的优化方法

根据加工仿真过程所获得的主轴转速、进给速率、刀具切削宽度和切削深度信息,对数控程序中进给速率的自动分配方法进行研究,提出了以单位时间内刀具所允许切削的材料的体积为依据,为数控程序分段分配进给速率的方法,实现了进给速率的自动优化分配。最后通过一个加工实例,验证了仿真系统各个模块的功能,通过分析比较,证明提出的进给速率分配策略有效性,同时发现了系统的不足,并提出了改进方向。

圆柱工件变锯深工况下恒定锯切力约束多目标进给速度优化方法

针对国内金属锯切过程中,变锯深工况下带锯床加工效率低、加工振动大的问题,提出基于恒定锯切力约束的进给速度优化方法。基于锯切力动力学模型,以提高圆柱零件加工效率和降低最大锯切力为优化目标,以恒定锯切力范围、临界锯切力、机床进给速度、机床功率为约束条件,建立进给速度优化模型,并采用基于精英控制的非支配排序遗传算法(NSGA-II算法)对锯切过程中的进给速度进行优化。实例验证了恒定锯切力约束的进给速度优化模型的有效性,达到了恒定锯切力约束目标,提高了加工效率,降低了最大锯切力。最后,通过ANSYS有限元分析软件对锯条的瞬态响应进行动力学分析,验证了变进给速度锯切的加工稳定性。

切削力基本恒定约束下球头铣刀加工自由曲面切削参数的优化

针对球头铣刀的铣削特点,建立了铣削的力学模型。利用经验公式,在保持切削力基本恒定的约束下,对加工自由曲面的NC代码进行了进给率的优化,从而减小切削力的波动,提高数控加工件的质量和加工效率,延长刀具的使用寿命并避免刀具折损等现象。建立了在切削力基本恒定的约束下的加工优化原型系统,并用实例进行了验证。

异型石材高效锯切优化策略

针对异型石材铣磨效率低下的问题,利用金刚石圆锯片大切割深度的优势,提出一种异型石材高效锯切粗加工优化策略.首先,用边界表示法描述锯切过程中的工件数据结构;其次,提出以八叉树算法搜索材料去除最大深度,获取相应的特征切削点和特征工件顶点,用于构造锯切平面,以实现工件材料去除量最大化;接着,以锯切加工时间最小为优化目标,分析金刚石圆锯片沿锯切平面走刀产生的截交面多边形特性,结合一刀切透方式,给出一种最短锯切行程的进给方向优化方法;最后,对路障球进行锯切工仿真实验.仿真结果表明:在材料去除量为1.091×10^7 mm^3时,相比传统磨削加工,所提锯切加工策略使去材效率提高了近7倍.

面向曲面的机器人摆线抛光轨迹及速度优化

根据手工抛光多方向性的特点,提出一种三维类摆线抛光轨迹。为解决三维类摆线相交处抛光材料去除较多的问题,依据材料去除深度模型和轨迹相交的特点,确定摆线参数的控制范围,在参数控制范围内进行基于均匀材料去除的区域进给速度优化,把去除深度相近的轨迹点视为一个区域,分区域控制抛光的进给速度,最终实现各区域内的材料去除深度基本相同。仿真和机器人抛光实验结果表明,分区域规划进给速度减少了轨迹相交处的材料去除,使得工件表面的去除深度总体上趋于一致,解决了因轨迹重叠导致的表面材料去除不均匀问题,提高了抛光件表面质量。

变切深工况下恒定切削力约束的多目标进给量优化方法

针对数控加工中工艺人员设定恒定的进给量导致零件加工效率低、表面质量差的问题,提出基于恒定切削力约束的多目标进给量优化方法。以切削力预测模型为基础,以综合考虑提高零件加工效率和表面质量为优化目标,以恒定切削力,机床参数,加工表面质量和进给量平滑过渡为约束条件,建立了多目标进给量优化模型。通过正交切削试验标定切削力系数,并验证了预测模型的正确性和精确性。通过试切工件采集原始切削力,并试验分析确定出最优目标切削力值,采用基于精英控制的非支配筛选遗传算法(Controlled elitist non-dominated sorting genetic algorithm,Controlled NSGA-Ⅱ)对进给量进行了优化。试验结果验证了恒定切削力约束的多目标进给量优化模型的有效性,达到了恒定切削力约束目标,保证了加工表面质量,提高了加工效率,实现了数控加工工艺参数优化,提高了数控系统应用性能。

基于切削力预测模型的复杂曲面铣削进给速度优化

针对复杂曲面恒定进给速度带来加工效率低下及表面质量差的情况,提出了基于切削力预测模型的铣削进给速度优化方法.首先,通过对刀位轨迹、曲面与刀具几何、刀/工切削接触区及动态切削厚度的分析计算,建立了多轴加工复杂曲面的切削力预测模型,从而得到了进给速度与切削力之间的映射关系.然后将给定的参考切削力与每个刀位点处的最大切削力之差的绝对值作为优化目标函数,通过Newton-Raphson迭代算法来调整原刀位点文件中的进给速度,以确保切削力的恒定以及机床系统的运行平稳.最后,以模型桨桨叶为对象,开展了相应的加工实验.实验结果表明:提出的优化方法使桨叶精加工的时间缩短了25%以上,表面残余应力和显微硬度得到增加,这对提高桨叶曲面的加工效率与改善加工表面质量具有明显的效果,从而验证了所提出的进给速度优化方法的有效性.

改进薄壁零件数控加工质量的进给量局部优化方法

针对薄壁零件刚性差、一般结构复杂、精度高，所以在数控加工中变形难以控制，无法保证加工质量的问题，提出了进给量局部优化，优化过程分为四步：修改切削参数、确定关键区域、确定边界点、修改刀位文件。局部优化可减少加工时间、提高效率，是一种方便、有效的优化方法。

复杂网格曲面高效加工数控编程策略研究与应用

为了提高复杂网格曲面数控加工的效率和品质,研究了复杂网格曲面高效加工数控编程策略。从刀轨规划方式、数控程序量、多轴刀轴规划和进给速度优化等方面阐述了现有方法的不足和应采取的策略。将文中的策略应用到口腔修复体网格曲面的高效加工中,实例结果表明了文中所研究策略的正确性和有效性。

数控加工仿真中切削几何参数的计算方法

为实现以切削力和去除率为参考的进给率优化策略,研究加工仿真中材料切削几何参数的计算方法.采用双层次八叉树体素模型表达加工工件,隐式曲面方程表达刀具扫描体,依据灰色体素中三角面片的位置信息计算有效体积系数,在材料去除仿真的布尔减运算中计算去除率、切削深度和宽度,最后,推导出进给率与材料去除率的关系式,依据给定的去除率参考值可求出进给率优化值.实验表明,在材料去除仿真过程中能够准确计算去除率、切削面积、切削深度和宽度,利用优化关系式可以得去除率约束条件下的进给率优化值.

机器人辅助椎板切除的骨铣削状态感知与运动控制

本文旨在提高机器人辅助椎板切除时的骨铣削操作安全性.首先,提出一种基于激光信号和线性自抗扰控制器的铣削深度监测与控制方法,辨识了机器人的位置控制传递函数,并通过分析椎板的铣削力、受迫振动和铣削过程,给出基于骨铣削声信号的铣削进给速度优化原理.然后使用基于带通滤波器和普罗尼算法的声信号处理方法,用于手术动力装置主轴旋转频率改变时,准确提取声信号中的主轴频率及其整倍数谐波的幅度值,并使用声信号谐波幅度偏差和偏差的微分作为输入的模糊控制器来优化机器人的铣削进给速度.最后,基于机器人辅助椎板切除实验装置在仿椎板人造骨块进行铣削深度控制实验和铣削进给速度优化实验,并在猪颈椎骨上进行椎板自动逐层铣削实验.结果表明,铣削深度控制方法的控制精度为0.1 mm,进给速度优化方法可有效适应骨密度和铣削深度等参数变化.所提方法可用于提高机器人辅助椎板切除过程中的铣削精度和安全性.