基于图像处理的数控曲线磨削误差在线检测

提出了一种基于数字图像处理技术的曲线磨削在线检测方法,该方法运用安装在磨床上的电荷耦合器(CCD)摄像机对工件已磨削轮廓进行实时图像采集,并对工件图像进行边缘提取;根据图像中工件轮廓的位置引导工作台按工件实际加工曲线走轨迹,利用工作台的运动轨迹反求工件的实际曲线,从而检测出工件的实际加工曲线.通过将检测曲线与理论轮廓曲线进行比较,得到了工件轮廓上任意点的磨削误差,为曲线磨削的在线补偿提供了必要的依据.实验结果表明:该检测方法较传统的离线检测方法能达到更高的检测精度,且能够对任意复杂的轮廓进行检测.     

精密数控曲线磨削中的砂轮法向跟踪建模及实验

针对传统数控曲线磨削存在的缺陷,提出了精密数控曲线磨削砂轮法向跟踪的新概念;通过保证曲线轮廓上磨削点处的法线经过砂轮的回转平面,实现了砂轮与工件之间的恒定点接触,从而提高了加工精度、实现了对任意复杂曲线轮廓的磨削加工.在分析砂轮与工件运动几何关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,进而给出了法向跟踪的控制算法,并将该算法成功地应用于自行研制开发的MD9040型数字化曲线磨床.实验结果表明,砂轮法向跟踪的实现有效地提高了曲线磨削的加工精度.     

曲线磨削砂轮廓形的原位视觉检测和误差补偿

为了精确测量砂轮轮廓,分析了一种曲线磨削砂轮廓形快速原位视觉检测的工作原理,设计了砂轮廓形原位视觉检测系统,提出了砂轮廓形精度的测量和量化评定方法.基于自主研发的曲线磨削平台,通过实验验证了砂轮廓形原位视觉检测系统的测量精度.同时,为了提高工件的加工精度,进一步提出了一种砂轮廓形误差的分段量化表征和误差补偿方法,并进行了实验研究.结果表明,所提出的方法能够实时在线补偿砂轮廓形误差,有效提高零件加工轮廓的形状和尺寸精度.     

曲线磨削无干涉的近似法向跟踪算法

针对法向跟踪曲线磨削加工中砂轮与工件的干涉问题,提出了自动避开干涉的近似法向跟踪磨削算法,并对其进行数学建模.同时,结合生产实例,在数控曲线磨床上进行了实验验证.结果表明,所提出的算法能够实现基于最佳法向跟踪角的法向跟踪曲线磨削,可以找到磨削加工中工件曲线轮廓的干涉点,并且计算出砂轮避开干涉的最佳法向跟踪角和工作台旋转角度,从而实现对任意复杂曲线轮廓的磨削加工.     

基于工件轮廓图像的砂轮磨损在线检测方法

研究一种基于机器视觉的砂轮磨损在线检测和补偿方法,介绍基于工件局部轮廓图像的砂轮磨损在线检测原理,分析了由砂轮磨损引起的轮廓误差在线补偿方法.在此基础上,在所开发的复杂轮廓磨削平台上进行了试验研究.研究结果表明:所提出的砂轮磨损检测和误差补偿方法可以有效地进行实时在线检测砂轮的磨损程度,并能补偿主要由砂轮磨损引起的轮廓加工误差,提高工件的加工精度,为砂轮磨损的在线检测以及砂轮修整预报提供了一种新的方法.     

超精密非球面磨削加工微振动试验系统研究

分析超精密磨削加工中砂轮微小振动对工件表面质量的影响,建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型,设计相应的超精密磨削加工微振动试验系统,用以模拟磨削过程中砂轮径向、横向的微小振动和摆动.结果表明:合理选择砂轮振动频率或工件主轴转速能有效提高工件表面精度,降低表面波纹度.     

基于声发射信号的精密外圆切入磨削加工时间优化及仿真

针对精密外圆切入磨削智能监控的需求,设计了一种基于声发射信号的精密外圆切入磨削加工时间的在线优化算法。通过建立AE信号RMS曲线理论模型,获得了声发射信号与磨削系统时间常数的关系,建立了优化前各阶段AE信号RMS曲线;编写外圆切入磨削加工时间的在线优化算法,通过试验分析磨削系统加工时间对加工精度及表面粗糙度的影响,并对优化算法进行验证,建立优化后各阶段AE信号RMS曲线。试验结果表明:该优化方法能够在保证总去除量不变的情况下缩短加工时间,为精密外圆切入磨削提高加工效率、改善加工工艺提供了重要依据。     

基于DSP的磨削表面粗糙度在线检测系统开发

为了解决磨削工件在线粗糙度等级识别速度慢和准确性不高的问题,开发了基于DSP的工件表面粗糙度在线检测系统.该系统基于光散射原理,通过工业相机采集光散射图像,运用DSP芯片对采集到的图像进行图像预处理以及特征参数的提取;最后利用建立的多分类支持向量机模型,对不同表面粗糙度等级的图像进行分类.实验结果表明,在该硬件平台上整个识别过程耗时约0.5s,识别率可达96%以上,说明该系统可有效识别工件表面粗糙度等级,有效实现工件表面粗糙度的在线检测.     

精密加工环境分布式无线网络监控技术研究

针对精密加工中对加工参数设定、环境参数控制的要求以及企业化管理的需求,提出一种分布式无线网络监控系统,在车间、工厂不同层面上对精密数控机床、数控程序、数控加工过程进行统一监控管理.研究了分布式无线网络监控系统的功能及其组成结构,并针对精密非球面磨削数控加工,设计了监控系统实例.最后,通过系统测试验证其可行性.     

关于数控铣床的编程特点和坐标系统的理解

铣削是机械加工中最常用的方法之一,数控铣床不仅使用于加工箱体、壳体零件,更使用于加工各种复杂的曲线、曲面以及模具型腔等平面或立体零件。对于非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工,数学处理比较复杂,一般要借助计算机CAD/CAM软件来实现.两坐标联动数控铣床用于加工平面零件轮廓;三坐标以上的数控铣床用于加工难度较大的复杂工件的立体轮廓,而且换上孔加工刀具,能同样方便地进行数控钻、镗、锪、铰及攻螺纹等孔加工。     

基于等效误差法的凸轮磨削算法研究

为提高凸轮磨削的加工精度和解决凸轮磨削系统的磨削精度问题, 提出了基于等效误差法和B 样条曲线的凸轮磨削平台的轮廓控制策略。运用B 样条曲线插补的方法给出两轴运动命令指令, 将凸轮的升程数据通过B 样条反算法进行处理得到生成序列的控制顶点等参数, 从而进行插补运算。根据等效轮廓误差为被控对象, 以建立凸轮磨削系统中的非线性等效误差模型, 将两轴跟踪精度问题转化为等效误差稳定化问题, 进而将计算得到控制输入值补偿到两轴, 从而对轮廓误差进行补偿。为使设计的控制器与B 样条曲线产生的指令兼容, 采用Sylvester 隐式化方法将B 样条曲线的参数形式转换为代数形式, 结合使用两种方法进行控制器设计,以满足数控凸轮磨削平台的高精度加工要求。通过在Sinulink 仿真平台实验表明, 该方法可行且有效减小了系统的轮廓误差和跟踪误差, 同时具有良好的轮廓性能。     

端面磨削动态热力耦合效应及对表面去除过程影响

针对端面磨削加工接触表面热力学分布特征提出一种基于动态热力耦合效应的理论建模方法.首先,建立多颗磨粒运动轨迹数学模型;其次,基于磨粒运动轨迹与磨粒高度的动态分布特征对加工工件磨削力进行解析求解;根据求得的磨削力,运用有限差分法(FDM)对端面磨削工件表面动态热力耦合过程进行分析;最后,分别采用有限元法(FEM)和端面磨削实验验证理论分析的合理性.结果表明:动态热力耦合的均一化程度会引起加工工件表面轮廓高度的差异性,减小砂轮转速可改善加工工件表面轮廓.     

氮化硅材料的ELID精密磨削试验研究

ELID（Electrolytic In-process Dressing）磨削技术是在电化学加工、电解磨削原理基础上发展起来的一项磨削新技术,是一种新型的在线连续修整磨削的方法.ELID磨削特别适合利用金属基金刚石微粉砂轮对脆硬难加工材料进行超精密镜面磨削加工.本文通过对三块热压氮化硅工件的ELID磨削试验,基于LABVIEW数采系统进行实时监测和分析处理数据,利用砂轮和阴极的极间电流表征钝化膜状态,获得了在不同平衡电流条件下的ELID磨削效果.试验结果表明：在一定范围内,ELID磨削的钝化膜的厚度越大、致密性越好,磨削质量就越高.     

基于智能系统磨削力测量的方法研究

随着先进制造技术的发展,智能制造在高端精密制造领域得到了广泛的应用,磨削加工相对其他类型加工,加工精度要求高,而且是机械加工的最后一道工序,对产品的精度和表面粗糙度有着重要的影响。通过消空程智能系统,利用霍尔传感器对轴承内圈精磨沟道加工过程中的功率信号和位移信号进行在线检测,然后对采集到的各种信号进行分析处理,实现间接测量砂轮与工件之间的磨削力,有效地在线监测磨砂轮状态和磨削质量,减少磨削加工过程中的空程,避免磨削过程中砂轮磨损过快产生钝化,对改善产品表面质量和生产效率有着重要的意义。     

高速深切磨削氧化锆陶瓷表面粗糙度的在线监测

从放在工件夹具上的声发射(AE)传感器测得的磨削加工中的AE信号中,提取有关磨削表面粗糙度的信息,用神经网络的方法对高速深切平面磨削工程陶瓷部分稳定氧化锆的工件表面粗糙度进行了在线连续监测.结果表明,该方法基本可行,通过进一步改进,可以用于高速深切平面磨削工程陶瓷工件表面粗糙度的在线监测.     

数控凸轮轴磨床综合误差分析与建模

为提高某数控凸轮轴磨床的磨削精度,保证凸轮轴轮廓误差达到需求标准,针对磨床的运动误差和热误差进行分析和研究;分析了凸轮轴磨床主要运动部件相互之间运动关系,提出了利用耦合关系,耦合磨床运动误差与热误差方法,方法对磨床具有通用性,且可直接观察到误差项的来源,对误差补偿极为有效;首先,运用多体理论及坐标变化方法,将磨床抽象为多体系统;其次,将磨床磨削运动主要部件划分成两条运动链,即“工件-床身”链和“砂轮-床身”链;将运动链与磨削点组成一个闭环系统,此闭环系统即为简化的磨削运动过程;最后,建立各运动体坐标系,求出运动体变换矩阵,耦合热误差与几何误差,建立精密加工约束方程,推导凸轮轴磨床综合误差模型,为加工补偿提供理论基础。该方法已在实际生产中得到验证,结果表明：补偿后的磨床,磨削精度增加,实际凸轮轴轮廓经检测误差降低显著。     

基于网络的开放型数控加工实验教学系统

为了提高数控加工课程教学效果,建立了基于计算机网络的数控加工实验教学系统。该系统依托于校园网络和现代化数控加工实验室,将网络化教学平台、数控加工仿真软件和数控机床DNC加工系统紧密的集合在一起,实现了从教学,仿真检验到实践加工的开放型教学方式。通过该系统学生可以在线学习机床仿真操作,完成程序设计,进行仿真加工检验,提交仿真工件并选择加工机床和预约加工时间;待工件通过教师审核后,即可以到实验室进行实践加工操作。     

实轴空间综合约束下的数控加工速度前瞻策略

为了避免数控高速加工中由高曲率区域引起的机床驱动轴的运动突变、机床振动和工件过切,提出了基于实轴空间综合约束的数控加工速度前瞻控制策略.该方法应用切削运动的S形曲线速度规划方案,对机床实轴运动数据进行速度、加速度、冲击约束检测,整体提前寻优确定S形速度前瞻的过程参数,并提出了速度规划节点分离法对切削路径进行分段独立S形曲线速度的规划.仿真和试验表明,采用该方法进行速度前瞻处理时,可使加工速度平滑连续,不仅消除了各驱动轴运动突变引起的冲击振动,而且有效地解决了五轴数控加工中的速度控制问题,因此降低了曲面轮廓误差,满足了高速高精度的加工要求.     

数控铣削加工中刀具半径补偿问题探讨

使用立铣刀在数控铣床或数控加工中心上加工工件时,可以清楚看出刀具中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合,在加工中就会产生很大的加工误差.因此,实际加工时必须合理建立和灵活运用刀具补偿指令.本文就数控铣床加工中如何应用刀具半径补偿作一些探讨.     

高精密光学元件磨床的加工与检测系统的开发

高精密平面磨床是加工光学非球面元件的一种重要途径.出于通用性和效率的考虑,开发一套面向光学非球面元件的高精密平面磨床的加工与检测系统,以此来实现光学非球面元件的精密加工.以自行开发研制的四轴数控高精密平面磨床为研究基础,采用模块化设计,选用Delphi 7为开发语言,运用Delphi 7和Matlab混合编程技术,搭建了加工与测量系统,实现了光学非球面元件的磨削加工、面形测量、磨削补偿以及环境检测等.实验结果表明,该系统可以满足光学元件的精密加工及检测,并具有较高的工作效率.