复杂曲面加工过程多约束自适应进给率控制策略

建立了基于过程约束和刀具运动分析的切削力精确预测模型,在此基础上提出了复杂曲面加工过程多约束的进给率自适应定制方法.基于刀具与工件的相对运动分析,并依据刀刃微元在切削过程中真实运动轨迹的解析表达,建立了精确计算未变形切屑厚度的理论模型,由此给出针对复杂曲面加工的任意刀具运动轨迹拓扑形状的铣削力计算公式.以切削力模型为基础,结合悬臂梁模型、应力模型和扭矩计算公式,给出进给率定制过程中的关键制约因素.以材料去除率最大化为目标,通过求解有约束极值问题实现进给率优化.实例验证表明该模型能够进行复杂曲面加工进给率自适应定制,优化后的进给率有利于在保证加工精度和安全的前提下实现加工效率的最大化.     

切削过程的自适应模糊控制

针对恒力切削过程自适应控制,设计了包括切削过程的闭环控制系统.对于具有高度非线性、随机干扰严重的复杂动态过程,采用在线调整参数的自适应模糊控制器,并应用虚拟加工过程建立模型和预报切削力.通过对切削力的检测获取切削过程的特征信息,用切削力比确定进给速度调整率,以切削力偏差和偏差变化率作为评价指标,实现恒力切削过程的自适应控制.仿真和切削试验表明,系统具有良好的切削力控制精度和稳定性,在提高金属切除率时有效地降低了刀具破损的发生.     

基于响应曲面法的CFRP高速铣削切削力试验研究

切削力是高速切削过程中重要物理量之一,直接影响到加工质量和刀具寿命。文章采用中心复合响应曲面法建立了碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)高速铣削过程切削力模型,并用方差分析对模型及回归系数进行了显著性检验,分析了主轴转速、每齿进给和切削深度对切削力的影响规律,为高速铣削过程中切削参数的选择及切削力的控制提供了试验依据。试验结果表明:该模型能较好地预测切削力,切削深度和每齿进给对切削力的影响较大,切削力随着切削深度或每齿进给的增大而增大,主轴转速则对切削力影响不是很大。     

连续进动气囊抛光材料去除特性研究

为提高和调控模具自由曲面的加工效率与质量,提出了机器人辅助连续进动气囊抛光方法;运用运动学原理,推导了行切法加工方式下的切向速度数学模型;基于Preston方程,建立了连续进动气囊抛光材料去除模型;通过MATLAB仿真技术,分析了其它工艺参数一定的条件下,进给速度和叠加次数对气囊抛光切削方向分布和材料去除特性的影响;以材料快速均匀去除为目标,获得了优化进给速度v=0.7mm/s和叠加次数n=3.最后,通过机器人辅助气囊抛光系统,进行了试验对比验证,与仿真结果吻合,证实了连续进动气囊抛光方法应用于模具自由曲面抛光的有效性.     

基于BP网络的注塑成型模具硬态高速铣削力研究

用AlTiN 涂层硬质合金立铣刀对4Cr5MoSiV1钢注塑成型模具进行硬态高速铣削,研究切削加工参数对切削力的影响;通过多因素法进行正交试验,利用改进的BP神经网络建立切削力的神经网络模型并对工艺参数进行优化,将网络预测结果与现场加工实践数据进行对比.研究结果表明:人工神经网络能准确地预测铣削力,模型具有较强的泛化能力和自适应能力;在高转速、小切深、合适的进给速度以及微量切削液状态下铣削力较小,为优化模具硬态铣削的切削参数并对其实际生产应用提供了较好的依据.     

一种基于切削力模型的模具型腔粗加工进给率优化策略

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楚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楚刀具在许可切削力下的侧向切深和进给率的方程,根据楚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同,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．     

基于实体造型的球头铣刀三维铣削力仿真

提出了基于实体造型技术的复杂曲面球头铣刀三轴铣削加工过程三维铣削力仿真方法。整个系统由几何仿真模块和物理仿真模块组成。用基于UGⅡ的实体造型技术表示工件、刀具、刀具扫描体以及被切除材料实体,用分段三次NURBS曲线表示刀具切削刃,通过NURBS曲线和被切除材料实体之间的求交运算,抽取参与切削的切削刃片段。基于切削力与切屑几何之间的经验关系,用数值积分方法建立了球头铣刀三分量铣削力模型。在径向未变形切屑厚度公式的推导中,考虑了刀具进给运动的三维特点。在铣削力系数模型中,考虑了切屑厚度变化对铣削力影响的指数关系和铣刀球头部分不同位置切削微元不同切削条件的特点。实验计算表明,仿真与实测的铣削力达到了很好的一致性。     

球头铣刀切削刃存在差异的切削力系数辨识

为了准确辨识得到球头铣刀切削刃存在差异的切削力系数,提出结合平均铣削力方法和粒子群优化算法的辨识方法.首先,建立球头铣刀的铣削力模型,推导基于平均铣削力且忽略切削刃差异的切削力系数辨识模型.然后,以基于平均铣削力方法辨识得到的切削力系数为初值、最小化铣削力仿真结果和测量结果的偏差平方和为目标,引入修正系数为设计变量,设计基于粒子群优化的切削力系数修正算法.最后,进行仿真和实验验证,相关结果表明采用修正后的切削力系数不仅能准确地预测切削刃存在差异的铣削力峰值,而且具有更好的吻合度和精度.     

基于浮动平台的机器人恒力控制研磨方法

为了保证机器人研磨的控制精度,提高研磨工件的加工质量,研制了一种基于浮动平台的机器人研磨系统,提出线性自抗扰控制的恒力研磨策略.所研制的机器人浮动平台研磨系统主要包含机器人、力反馈传感器、研磨系统、浮动平台机构,以研磨系统为研究对象,建立机器人末端工件与磨盘接触的磨削力模型.基于此非线性机器人磨削模型设计扩张状态观测器,分析线性自抗扰控制算法的闭环稳定性,提出线性自抗扰恒力研磨控制律,并为验证所提出的方法进行了实验分析.研究结果表明:线性自抗扰控制研磨算法能实现有效的恒力研磨控制;与比例积分微分(PID)控制相比,线性自抗扰控制能显著地减少机器人稳定磨削过程中的力波动,大大降低了研磨工件的表面粗糙度.     

圆柱齿轮滚齿切削力的预测

切削力是滚齿工艺参数优化、刀具磨损预测和机床设计的重要依据. 针对圆柱齿轮滚齿加工,提出了一种基于实体建模技术的切削过程几何仿真方法,实现了未变形切屑的准确提取,进而计算出未变形切屑厚度. 基于微分离散思想,将滚刀刀齿切削刃离散成一系列微元切削刃,采用Kienzle-Victor力模型,建立微元切削力模型,进而构建整体滚刀切削力模型. 结合Kistler 9123C旋转测力仪和DMU50五轴立式加工中心进行滚齿切削力测量试验,试验结果表明,预测的滚削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该滚削力预测方法的有效性.     

基于最大最小的切削力模糊预报研究

在简析切削过程特征和普通回归法基础上,利用实测切削力的最大和最小值。运用模糊理论建立了切削力模糊预报模型,并借助Ｍａｔｌａｂ语言实现了切削力的预报。研究表明,所建模型能有效地预报切削力,且建模方法可方便地推广到其他切削特征量的模糊预报,为切削力等切削特征量的估计提供了新的参考。     

水面机器人横摇模型及减摇控制

为解决水面机器人近水面低航速时的横摇控制问题,基于零航速减摇鳍工作原理和模糊控制理论,建立水平面运动模型解耦后的等价横摇模型并对其进行降阶处理,采用模糊PID控制策略,该方法对多变海情具有较强鲁棒性.仿真结果表明,模糊PID控制对水面机器人的横摇具有明显的控制效果,模型的解耦方法便于水面机器人横摇控制器设计.     

基于模糊PID控制算法的导盲机器人研究

结合PID控制对线性定常系统控制的优越性和模糊控制器对复杂非线性系统的有效控制,设计了一种基于模糊PID控制算法实现导盲机器人的避障循迹控制。导盲机器人采用乐高套件搭建而成,避障环节设计采用超声波传感器检测障碍物信息,控制器采集障碍物信息及机器人行驶速度信息,利用模糊PID算法实现避障;循迹环节为克服遇机器人转弯或高速行进时一般PID控制算法稳定性差的不足,采用实时跟踪偏差和偏差变化率来修正PID控制的各个参数,实现对机器人的导航控制,其中机构采用红外传感器进行识别检测。实验结果表明,利用改进算法进行导盲机器人的避障循迹控制,能够极大的提高避障的准确率,精准的循迹。     

基于改进模糊PID的轮式机器人速度控制器设计

针对轮式机器人在行走过程中存在速度平衡超调较大与调节时间较长、速度平衡效果较差的问题,采用Matlab/Simulink与Carsim仿真软件建立轮式机器人四轮差速运动模型,对于无刷直流电机(BLDCM)系统,在原有模糊PID的基础上,结合抗积分饱和算法与变速积分算法,提出一种改进模糊PID控制的调速方法。仿真结果表明,通过抗积分饱和与变速积分算法改进后的模糊PID控制器与传统模糊PID控制器相比,在机器人速度平衡控制过程中,超调降低30%,调节时间降低33%,具有速度响应时间短、速度响应曲线波动小的优点。搭建了轮式机器人实验验证平台,实验结果表明,改进后的模糊PID控制调速方法的速度响应快,满足轮式机器人速度控制需求。所提设计可为轮式机器人速度稳定系统调试提供理论指导,并可应用于以速度调控为主导的控制系统。     

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.     

圆弧铣刀瞬态切削力建模与数值仿真

提出圆弧铣刀(R刀)几何模型描述方法,建立基于机械力学的圆弧铣刀切削力预报模型.该模型分别考虑前刀面剪切效应与后刀面犁切效应,通过计算微元切削刃空间位置角和不同轴向高度处的切入、切出角方法获取瞬时切削区域,应用空间解析几何三维坐标变换原理实现微元切削力从局部坐标系向刀具整体坐标系下转换,借助科学计算软件Matlab实现数值仿真.模型中切削力系数由42CrMo4切削试验的切削力数据拟合得出.两组试验结果与仿真结果的对比,验证预报模型的有效性.     

基于现场总线的铣削加工过程自适应模糊控制

在分析Profibus总线和模糊控制特点的基础上,针对铣削加工过程的非线性、时变性和不确定性,提出了基于现场总线的铣削加工过程自适应模糊控制的解决方案．采用输出比例因子和控制规则在线自调整的方法对切削参数变化的铣削力进行在线控制．仿真结果表明,该方案克服了传统的模糊控制动态响应较慢和鲁棒性较差的缺点,具有响应速度快、实时性和稳定性好等特点．当切削深度突变时,能在线自适应调整进给速度。使切削力接近参考值,实现恒力切削,防止刀具损坏和提高加工效率．     

带锯条切削工作区应力分布研究

为了分析带锯条的"切斜"失效形式,综合考虑了切削力、进给力、张紧力以及带锯条自身刀弯,建立了带锯条在切削工件区域的简化受力模型,使用数值计算模拟方法得到了带锯条各处内部应力的分布及变化趋势.结果表明,在较大的工件尺寸、切削力、进给力以及不足的张紧力和带锯条宽度的情况下,带锯条齿部处于受压状态,此时靠近齿部的带锯条基体发生弯曲形变,使得切削不再沿垂直方向进给而导致"切斜"失效发生.从验证实验来看,在同样切斜失效标准下,带锯条张紧力从130 MPa增加到190 MPa,锯切刀数增加了177%;带锯条宽度从27mm增大到34mm,锯切刀数增加了50%;工件尺寸从80mm增大到240mm后,锯切面积减少了83%.     

模糊模型PID优化控制在非线性系统中的应用

通过提出一种基于T-S模糊模型的非线性系统PID优化控制算法,将该算法应用于具有强非线性与不稳定性的填料塔热交换装置,为非线性控制系统的实际应用提供一种方案.在机理分析的基础上建立了分段非线性模型,设计了该装置的模糊模型PID优化控制器,对系统温度进行控制.实验结果与传统的PID控制结果对比表明,采用文中提出的模糊模型PID优化控制方法能够有效解决非线性控制问题.     

钛合金Ti6Al4V铣削加工中切削力的三维数值模拟

结合航空钛合金立铣加工的实际情况,提出了主、副切削刃同时进行切削的螺旋齿双刃切削有限元模型,进而利用该模型对航空钛合金Ti6A l4V进行了铣削加工切削力的三维数值模拟研究,得到了铣削过程中切削力的变化曲线和数值,揭示了铣削过程一个周期内切削力的变化规律.通过铣削力实验测得了相同切削条件下的切削力,实验结果与有限元模拟结果较为一致,证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值.切削力三维数值模拟的研究为钛合金这种难加工材料切削加工工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制钛合金航空薄壁零件因切削力作用引起的加工变形提供了新的研究手段.