高速高精度数控系统速度平稳控制策略

针对加工段长度限制达不到指令进给速度的复杂情况,对传统的S型曲线加减速方法进行优化,得到半边S型加减速控制方法.对连续多段加工的不同情况,提出加速度连续衔接的方法,在保证加速度连续的同时,提高加工速度.通过仿真验证该方法对速度控制的效果.结果表明:该方法可以使速度曲线更加平滑,且能提高加工的整体效率,适合高速高精度数控加工的速度控制.     

五轴加工中进给速度的多约束自适应控制策略

提出一种面向五轴铣削加工的球头刀几何与力学模型,采用该模型对加工速度进行优化,整个规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化;在虚拟环境中仿真五轴铣削加工过程,将其结果存储在刀路中的每个位置点上,通过PI控制器调整进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值以内,并采用时变增益和1个时间常量将优化过程递归拟合为一阶过程.整体叶轮粗加工实验结果表明,与传统经验值的方法相比,采用自适应优化进给速度后,零件的加工时间减少了约45%.     

不确定性加工过程控制的发展与实例分析

切削加工过程的模型难以精确地获得,其模型不确定性和非线性造成加工过程控制困难,成为自动控制在加工过程中应用的瓶颈．文中分析了加工过程切削力模型的不确定性;讨论了经典控制、现代控制和智能控制对模型不确定性的处理手法及其局限性;探讨了非线性不确定加工过程的控制及其鲁棒性,并以模糊控制、基于信息熵优化的控制和多模态专家控制为例,在切削条件或模型发生变化情况下研究加工过程控制系统性能．研究表明,那些不依赖于数学模型的智能控制,可较好地处理加工过程的不确定性,为不确定性加工过程控制提供一条合适途径．     

凸轮轴磨削加工过程的动态优化和仿真

为了提高凸轮轴的加工效率及加工精度,开发凸轮轴磨削加工过程动态优化仿真模块．根据凸轮轴恒线速加工的数学模型,提出一种基于最小二乘法的速度优化算法,对加工过程运动曲线进行优化仿真,得到了波动较小的速度曲线并减小了联动轴加速度的跳动．在此基础上根据工艺系统各组件的运动轨迹完成凸轮轴加工过程的实时三维动态仿真,全面、逼真地反映现实的加工状态和加工环境,使操作者可以直观地观测加工过程中是否存在碰撞和干涉现象,对各种型号凸轮轴的生产具有指导意义．     

基于PSO--BP网络的数控系统插补控制研究

插补控制是数控机床加工控制的核心技术,将智能优化算法和神经网络技术相结合,建立了PSOBP网络的插补控制模型。以坐标位置和速度为输入,下一点坐标位置、切线角、曲率半径为输出,搭建了BP网络模型,采用PSO优化算法对网络权值和阈值进行优化处理,最终获得PSO-BP插补控制模型。通过复杂加工曲线仿真试验分析,验证了PSO-BP网络数控系统插补控制的有效性。提出的数控系统插补控制能够提高复杂零件插补的精度和速度,对超精密零件加工的插补控制提供了一定的参考。     

基于分层递阶模型的多轴加工过程分析与运动度量规划

针对复杂曲面多轴数控加工过程的复杂性,提出了一种面向多轴加工的分层递阶构造模型,即利用铣削过程的几何、运动学与力学模型综合分析多轴加工规律.切削工件几何模型采用深度元素法,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息,同时运动学模型又为几何与力学模型提供计算依据.采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值内.五轴螺旋桨加工实验表明,在满足加工精度条件下,优化的进给速度使零件加工效率提高约20%.     

镜像铣加工过程中薄壁工件变形和振动的预测

镜像铣是大型薄壁工件加工的有效方法,在航空航天等重要领域有着广泛的应用.镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是影响加工精度的主要因素,如何准确预测镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是优化加工参数、提高加工精度的关键问题.本文基于金属切削原理并考虑了薄壁工件加工过程中的弯曲变形和铣削力相互作用,建立了铣削力预估模型.在此基础上,结合薄板小变形理论和有限元法,建立了考虑加工过程中材料去除和铣削力与支撑同步运动的薄壁工件镜像铣动态力学模型.通过仿真模拟,研究了支撑刚度、支撑阻尼、主轴转速和进给率对薄壁工件变形和振动的影响规律.结果表明,在镜像铣加工过程中薄壁工件的变形随着支承刚度的增加而减小,振动幅值随着支撑阻尼的增加而减小.最后,对6061铝合金薄板的镜像铣加工实验与本文建立模型的时域和频域信号进行了比较.振动数据采集点处的模型预测结果与实验相差小于5%,二者对比结果表明所建立的模型能够对薄壁工件加工过程中的变形和振动进行准确的预测.镜像铣加工相比于直接铣削加工,薄板加工点处的振动幅值从71.61μm减小到5.71μm,对比结果表明柔性支撑结构能够有效地减小加工过程中薄壁工件的振动.本文...     

虚拟制造中数控加工仿真的研究与开发

通过分析虚拟制造中数控加工仿真的相关技术,利用对加工系统三维几何模型和加工过程仿真等模块的设计,进行了面向虚拟制造的数控加工仿真系统的研究.在Visual C 6.0开发环境下,开发了以铣削某零件为例的数控加工仿真系统,直观实时性显示了零件的加工过程.     

考虑直径和质量变化的车削工件振动建模和试验分析

根据实际车削加工过程,建立了受轴向移动三维荷载作用的工件振动力学模型,其中考虑了被加工件的直径和质量随时间变化对振动的影响.在Matlab中,对工件振动模型的运动方程进行数值求解,得到不同车削条件下,直径和质量随时间变化的工件的振动响应.计算结果表明,车削加工中工件直径和质量变化对工件振动响应影响较大,荷载移动速度也影响工件的振动幅度.车削加工试验和测量表明工件振动力学模型的计算结果与试验结果基本相吻合,该振动模型符合实际车削轴加工过程的情况.     

人工神经网络在数控加工中的应用

描述了采用BP算法的三层感知器神经网络模型的工作原理,研究了神经网络实时监控系统基本原理和方法及其在数控加工控制中的具体运用,该方法可以实现数控加工过程自适应优化控制。     

基于五段S型曲线的机械手速度规划策略

针对在工艺加工路径中直角坐标机械手末端合成插补速度保持一致的要求,将五段S型曲线加减速控制方法引入直角坐标机械手的速度控制中,提出了基于五段S型加减控制曲线的预加减速控制方法,研究了算法模型以及在有匀速段和无匀速段情况下的具体加减速控制方法;并且提出了基于增加空走行程的多段连续加工路径衔接点处速度规划策略,给出了具体的速度控制方法和算法公式。仿真表明,所提出的预加减速算法和衔接点速度控制策略能够达到机械手末端合成插补速度在整个加工路径中速度保持一致的要求,并且能够有效降低加工过程中对直角坐标机械手平台的冲击。     

恒力周铣加工余量规划策略

针对周铣加工的载荷控制问题,提出了一种恒力余量规划策略.首先分析了周铣加工的切削力模型,确定了刀具的浸入包角为影响切削载荷最显著的因素.然后以加工过程中浸入包角恒定为原则规划加工的余量分布情况,并探讨了余量优化策略对传统加工方法可能产生的影响.加工实验结果表明恒力余量规划方法对铣削载荷有很好的稳定作用.     

典型光学加工中边缘效应仿真分析

为分析光学加工中边缘效应对元件最终面形精度的影响,建立了数控小磨头行星式抛光去除函数模型和射流式工具加工的去除函数模型.通过对抛光过程中磨料载体的微观状态的研究,探讨并仿真了两种抛光方式在不同区域抛光速度分布、抛光压力分布和抛光中Preston系数的变化.通过对比分析这些参数的变化对材料去除影响,表明光学加工过程中磨料载体中分子间的作用力对边缘效应产生的影响不可忽略.     

基于块采样的纹理合成算法改进

通过引入最小误差映射表数据结构,改进图像重叠区域最小误差分割算法,以提高纹理合成过程的纹理块匹配速度.通过对可接受误差范围参数进行调整,实现纹理选取过程的优化,提高合成图像的质量.以二值化的原始纹理块和合成图像中的黑色像素点百分比折线对比、黑色区域数量折线对比作为合成效果的评价依据,给出合成图像效果的评价算法.试验结果表明,改进算法在提高合成速度、改善合成效果方面都较理想.     

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.     

加工中心的虚拟建模仿真研究

通过Pro／E的强大的三维产品设计功能,对加工中心进行虚拟建模;其中毛坯模型的建立采用优化离散矢量模型法。利用VC＋＋环境下OpenGL的渲染动画效果,实现对数控加工中心加工过程的控制,从而实现加工中心的虚拟仿真（即虚拟制造）;同时验证了在虚拟加工环境下,加工中心对数控程序的验证时间大大缩短。     

一种连续小线段高速插补算法

为使自行研发的机床数控系统具有连续小线段高速加工能力,该文以离散的方法建立了一种全新的插补算法。该算法以级数求和的方法推导了S型加减速控制模型,并以小线段夹角为参变量控制拐点通过速度建立了小线段速度衔接模型,在此基础上,算法将插补过程分解为插补预处理及插补点计算两个步骤,预处理中对小线段进行速度规划并设计了线段间速度的递推处理方法,插补点仅需根据当前速度及线段方向向量即可求出。通过对系统输出的插补点数据分析以及数控系统实际运行测试表明：该算法的加减速控制连续平滑,小线段加工程序具有较高的运行速度。     

电化学加工过程多场耦合仿真研究

为了研究加工区温度和气泡对电化学加工精度的影响,建立了电化学加工过程多物理场数学模型,对加工区温度和气泡进行求解。该模型包括电场模型、传热模型、流场模型、电导率模型以及阳极溶解模型。通过相关物理场之间的相互作用关系,将各模型耦合起来,对加工区温度和气泡率进行求解,并分析流速和加工电压对电化学加工过程的影响规律。     

光固化成型中的变形分析

利用应变计电阻电测技术,通过实验对激光快速成型过程中工件的变形问题进行了动态分析,地对加工参数（如扫描速度、扫描间距、扫描方式）影响工件变形程度的问题,对这种变形的差异进行了对比和分析,并由此得出扫描速度、扫描间距、扫描方式影响工件变形的规律,提出了加工过程中的优化参数。     

多晶材料的微铣削建模与实验研究

对微铣削多晶材料的加工机理进行了详细分析,建立了相应的加工过程模型.重点考虑了最小切屑厚度和材料金相组织的作用,并对微铣削力和加工表面生成的影响因素进行了细致分析.分析发现多晶材料不同的晶粒特性会导致生成表面产生波动,并致使切削力产生附加振动.最小切屑厚度将决定刀具对晶粒是否进行材料去除,并使切削过程产生高频波动.大量的实验研究表明,模型准确地预测了微铣削现象,对优化加工参数、提高生产效率和加工质量提供了理论基础.