变曲率复杂零件高进给速度加工动态误差溯源与补偿
批准号:
51575087
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
马建伟
依托单位:
学科分类:
E0510.制造系统与智能化
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
司立坤、秦纪云、宋得宁、葛杰、高媛媛、马思源、许强
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中文摘要
变曲率复杂零件作为高端装备中的关键件,采用难加工材料,兼具形面复杂、刚度低等特点,加工难度大,需求量增加与加工效率不高间矛盾日益凸显,高进给速度加工方法为该类零件高质高效加工提供了一种有效途径。鉴于变曲率复杂零件高进给速度加工存在大动态误差,制约加工效率的提升,研究动态误差溯源与补偿技术是实现该类零件高质高效加工的关键技术之一。以高进给速度加工为主导,深入分析变曲率复杂零件几何特征与加工工艺的基础上,探索变曲率复杂零件高进给速度加工振动抑制方法,建立基于动态切削力的非规则加工变形误差模型,提出变曲率复杂零件轮廓误差溯源与精确估计及多误差因素耦合作用下基于加工代码的动态误差补偿方法,开发动态误差补偿仿真系统,最终形成变曲率复杂零件高进给速度加工动态误差溯源与补偿新方法、新技术。研究成果为变曲率复杂零件高质高效加工提供理论与技术支撑,提升高端装备关键件制造能力和水平,丰富复杂零件加工制造理论。
英文摘要
As the key parts in high-end equipments, the variable curvature complex parts is rather difficult to machine due to the adopting of difficult-to-machine material and the characteristics like complex surface, low rigidity, etc. The contradiction between the increasing demand and the low processing efficiency becomes significant, and the high feed speed machining method provides an effective way for processing the variable curvature complex parts with high quality and high efficiency. In view of the big dynamic error which restricts the improvement of machining efficiency in processing of the variable curvature complex parts with high feed speed, it is one of the key technologies to study the technology of dynamic error tracing and compensation, so as to realize the high efficiency machining for such kind of parts. Dominated by the high feed speed machining and based on the deep analysis about geometric characteristics and processing technology of the variable curvature complex parts, the vibration suppression method for variable curvature complex parts in high feed speed machining will be explored and the precise model of irregular machining deformation error based on the dynamic cutting force will be established. Subsequently, it will also be studied that the methods for contour error tracing and precise estimate of the variable curvature complex parts and for dynamic error compensation based on the processing code with multiple error factors coupling, so as to develop the dynamic error compensation simulation system and finally provide new methods and new technologies of dynamic error tracing and compensation in high feed speed processing for the variable curvature complex parts. The study achievements will provide theoretical and technical support for the processing of variable curvature complex parts with high quality and high efficiency, improve the manufacturing ability and level of key parts in high-end equipments and enrich the manufacturing theory for complex parts.
变曲率复杂零件作为高端装备中的关键件,往往采用难加工材料,兼具形面复杂、刚度低等特点,加工难度大,高进给速度加工方法为该类零件高质高效加工提供了一种有效途径。面向变曲率复杂零件高质高效加工需求,针对变曲率复杂零件在高进给速度加工中易振动、加工变形不规则、出现大轮廓误差等问题,开展了变曲率复杂零件高进给速度加工动态误差溯源与补偿相关技术研究。针对切削颤振问题,在建立变曲率复杂曲面高速切削力模型基础上,通过对不同轴向切深下薄壁曲面刚度求解,建立了轴向切深与变曲率薄壁曲面零件刚度间关联模型,获得稳定轴向切深与实际轴向切深间对应关系,形成了适用于变曲率曲面零件的加工稳定域通用求解方法;针对加工变形不均问题,建立了加工过程瞬时切削量与加工变形的对应关系,创新提出规划进给速度以实现瞬时切削量再规划方法,实现变曲率薄壁曲面加工变形均匀化,为薄壁曲面加工变形一次高效补偿开辟了新途径;复杂曲面加工刀轨高精插补是抑制动态误差的基础,在建立刀轨动态轮廓误差与进给轴伺服参数、加工进给速度、刀轨几何特征之间关联模型基础上,提出刀轨动态轮廓误差约束下的插补点处最大许用进给速度求解方法,据此发明了三轴/五轴数控机床的NURBS曲线插补技术,确保了进给轴运动高阶连续;面向刀轨动态轮廓误差因随进给速度、刀轨轮廓等因素变化而实时改变导致难以准确预估难题,发明了一种基于等效平面构建与初值再生Newton法的轮廓误差高精实时快速算法,估计精度较国际同期方法提高1个数量级;在刀轨轮廓误差精确估计的基础上,发明了一种五轴加工轨迹轮廓误差双闭环实时补偿方法,加工试件轮廓表明,刀轴方向和刀尖点轮廓误差均降低60%以上,实现了复杂曲面加工轮廓误差的稳健抑制;最终开发了变曲率复杂零件高进给速度加工动态误差补偿仿真系统,形成变曲率复杂零件高进给速度加工动态误差溯源与补偿新方法、新技术,并进行了验证。研究成果为变曲率复杂零件高质高效加工提供理论与技术支撑,提升高端装备关键件制造能力和水平,丰富复杂零件加工制造理论。通过项目实施,发表学术论文34篇(其中SCI检索27篇、EI检索32篇),申请发明专利24项、授权21项,授批软件著作权2项;2篇学术论文分别获辽宁省自然科学学术成果奖(学术论文类)三等奖,2篇学术论文分别获大连市自然科学优秀学术论文三等奖;参加国际学术会议(ICDMM2017、IMECE2017)2次。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Adaptive estimation and nonlinear variable gain compensation of the contouring error for precise parametric curve following
精确参数曲线跟随的轮廓误差的自适应估计和非线性可变增益补偿
DOI:10.1007/s11431-017-9042-x
发表时间:2017-07
期刊:Science in China - Series E: Technological Sciences
影响因子:--
作者:Jia Zhen-yuan;Song De-ning;Ma Jian-wei;Zhao Xiao-xuan;Su Wei-wei
通讯作者:Su Wei-wei
Conversion method study from cutter-location points to nonuniform rational B-spline toolpath NC file for high-speed machining
高速加工刀位点到非均匀有理B样条刀具路径NC文件转换方法研究
DOI:10.1177/0954406218762018
发表时间:2019
期刊:Part C: Journal of Mechanical Engineering Science
影响因子:--
作者:Ma Jian-wei;Song De-ning;Jia Zhen-yuan;Hu Guo-qing;Su Wei-wei
通讯作者:Su Wei-wei
Machining Parameter Optimization in High-Speed Milling for Inconel 718 Curved Surface
Inconel 718曲面高速铣削加工参数优化
DOI:10.1080/10426914.2015.1117623
发表时间:2016-06
期刊:Materials and Manufacturing Processes
影响因子:4.8
作者:Ma Jian-wei;Wang Fu-ji;Jia Zhen-yuan;Gao Yuan-yuan
通讯作者:Gao Yuan-yuan
Optimization method of tool axis vector based on kinematical characteristics of rotary feed axis for curved surface machining
基于回转进给轴运动特性的曲面加工刀轴矢量优化方法
DOI:10.1007/s00170-018-2738-7
发表时间:2019
期刊:International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:3.4
作者:Ma Jian-wei;Hu Guo-qing;Qin Feng-ze;Su Wei-wei;Jia Zhen-yuan
通讯作者:Jia Zhen-yuan
Tool-path planning with constraint of cutting force fluctuation for curved surface machining
曲面加工切削力波动约束的刀具路径规划
DOI:10.1016/j.precisioneng.2017.11.002
发表时间:2018
期刊:Precision Engineering
影响因子:--
作者:Ma Jian-wei;Song De-ning;Jia Zhen-yuan;Hu Guo-qing;Su Wei-wei;Si Li-kun
通讯作者:Si Li-kun
超薄碳碳复合材料筛网结构激光调控精密加工技术
- 批准号:52375410
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50.00万元
- 批准年份:2023
- 负责人:马建伟
- 依托单位:
多轴串联机械臂复杂运动轨迹规划与精度提升关键技术
- 批准号:51975098
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:马建伟
- 依托单位:
面向曲面零件性能的测量点云自适应生成刀具路径技术研究
- 批准号:51205041
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:马建伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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