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飞机复杂结构件数控加工动态特征技术及应用
项目组在国家科技重大专项和国家自然科学基金的支持下，提出了以加工动态特征为载体进行加工全过程工艺知识建模的技术思路，攻克了加工动态特征驱动的自动数控编程和加工变形精确控制技术，为复杂结构件从计算机辅助加工到智能数控加工的跨越提供了理论和技术支撑。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
飞机复杂结构件的数控加工能力是衡量一个国家航空制造水平的重要标志。新一代飞机结构件更复杂、精度要求更高、制造周期要求更短，对五轴联动数控加工技术提出了更高的要求。项目组在国家科技重大专项和国家自然科学基金的支持下，提出了以加工动态特征为载体进行加工全过程工艺知识建模的技术思路，攻克了加工动态特征驱动的自动数控编程和加工变形精确控制技术，为复杂结构件从计算机辅助加工到智能数控加工的跨越提供了理论和技术支撑。成果在多家航空航天企业推广应用，完成了多个军机和C919、ARJ21 等民机型号多件复杂结构件的研制生产，被工信部、发改委和国防科工局作为航空领域国产高档数控机床应用示范工程三大关键共性技术之一，向全国军工制造行业推广。
三、创新点
1.揭示了加工过程中间状态几何参数、工艺参数、监测检测量等动态信息的动态迭代规律和传递规律，突破了基于加工动态特征的加工全过程工艺知识建模技术，实现了复杂结构件工艺知识积累由以零件为载体到以加工动态特征为载体的模式转变。
2.提出了基于特征识别的加工特征自动排序、加工驱动几何自动创建、工艺参数自动迭代方法，构建了加工特征切削参数优化模型，实现了复杂结构件的快速编程和高效加工。
3.提出加工过程中自适应释放和消除工件变形的加工模式，研制出能监测工件变形的浮动装夹工艺装备，突破了基于加工动态特征的装夹/加工/监测/检测自适应协同控制技术，实现了加工变形精确控制。
四、主要技术指标
1.特征自动识别率大于95%；
2.刀轨自动生成率大于95%；
3.数控编程效率提高3倍以上；
4.加工效率提高30%以上；
5.大型复杂结构件加工变形控制在0.05mm/m以内。
五、知识产权及获奖
加工动态特征驱动的智能数控编程与加工技术，研究成果2016年获“国家技术发明二等奖”、2015年获“中国机械工业科学技术一等奖”。目前已拥有授权国家发明专利60余项。
六、成果图片
图1 成果总体技术
图2 加工过程零件面型检测
南京航空航天大学
2022-08-12
一种多轴加工系统的相对动刚度获取方法及其应用
本发明公开了一种多轴加工系统相对动刚度的获取方法，包括如下步骤：(1)根据多轴加工系统的工作范围建立其刀尖点可达姿态的工作空间，并将该工作空间离散化，即对每个轴的行程，均用一系列离散点表示；(2)对于任一离散点，建立其对应的多轴加工系统的动力学模型；(3)计算该离散点对应的相对动刚度矩阵 KD。本发明还公开了上述获取方法在加工系统性能评价中的应用。本发明综合考虑了机床本身结构、刀具和工件的动刚度特性及其相互耦合关系，能够准确表征多轴加工系统在工作空间中的相对动刚度分布规律。
华中科技大学
2021-01-12
一种多轴联动砂带磨削加工中的路径规划方法
本发明公开了一种砂带磨削加工的路径规划方法，用于实现对被加工曲面上的刀具路径规划，其特征在于，该方法具体包括：S1 提取被加工曲面的等参数线；S2 在参数域内，规划相邻的等参数线间的过渡路径，各等参数线与所述过渡路径形成参数域内的初始刀位轨迹；S3 将参数域中的初始刀具轨迹离散，并根据参数域与待加工曲面的点对应关系，将参数域中规划出的离散点映射到待加工曲面上，获得刀触点；S4 计算每个刀触点对应的刀位点、刀轴矢量和接触轮轴线矢量，得到砂带磨削加工的刀位数据，即可实现刀具路径规划。本发明的方法可以有效
华中科技大学
2021-04-14
一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法
本发明公开了一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法，包括：生成初始砂轮加工路径并执行离散化处理以产生多个离散点；在砂轮架驱动轴的移动范围内选择位置点，并根据这些位置点网格划分生成多个立方体网格单元；找到分别包含各个离散点的立方体网格单元，然后计算离散点在所处网格单元中的体积误差矢量；利用体积误差矢量对各个离散点执行转换，由此生成新的多个离散点；通过拟合方式生成新的砂轮加工路径并执行相应的磨削处理。本发明中还公开了对计算体积误差矢量和点压缩处理方式的改进。通过本发明，能够有效降低由于数控磨床运动学特性及几何误差所引起的实际磨削轨迹与理想磨削轨迹之间的偏差，相应提高加工的几何精度和尺寸精度。
华中科技大学
2021-04-11
一种数控机床加工程序的修正方法
本发明公开了一种数控机床的加工程序修正方法，属于数控技 术领域，包括如下步骤：S1 采集机床运行状态数据，建立机床运行状 态数据与加工程序的映射关系；S2 确定阈值，对不连续特征对应的加 工程序段进行标记，所述不连续特征即为机床运行状态数据中大于阈 值的数据；S3 计算不连续特征对应的加工程序段的修正值；S4 将步骤 S2 中所述标记以及步骤 S3 中所述修正值反馈给数控系统界面，以用 于修正加工程序。本发明方法可对数控加工过程中造成工件质量缺陷 的程序进行快速定位并进行修正。
华中科技大学
2021-04-11
一种数控机床加工程序的修正方法
本发明公开了一种数控机床的加工程序修正方法，属于数控技术领域，包括如下步骤：S1 采集机床运行状态数据，建立机床运行状态数据与加工程序的映射关系；S2 确定阈值，对不连续特征对应的加工程序段进行标记，所述不连续特征即为机床运行状态数据中大于阈值的数据；S3 计算不连续特征对应的加工程序段的修正值；S4 将步骤S2 中所述标记以及步骤 S3 中所述修正值反馈给数控系统界面，以用于修正加工程序。本发明方法可对数控加工过程中造成工件质量缺陷的程序进行快速定位并进行修正。
华中科技大学
2021-04-14
基于主轴电流分析的数控机床粗加工工艺参数优化方法
本发明公开了一种基于主轴电流分析的数控机床粗加工工艺参 数优化方法。优化后保证数控程序在整个加工过程中都保持工件没有 过切现象，保证刀具时刻都处于最大安全载荷的稳定工作状态下，生 成材料去除率最优的数控程序，提高数控程序的质量;刀具在加工过 程中载荷状态被优化，可以减小刀具突变载荷的冲击，提高刀具使用 寿命;优化后能生成效率最高的 G 代码程序，提高生产效率。
华中科技大学
2021-04-14
基于主轴电流分析的数控机床粗加工工艺参数优化方法
本发明公开了一种基于主轴电流分析的数控机床粗加工工艺参 数优化方法。优化后保证数控程序在整个加工过程中都保持工件没有 过切现象，保证刀具时刻都处于最大安全载荷的稳定工作状态下，生 成材料去除率最优的数控程序，提高数控程序的质量；刀具在加工过 程中载荷状态被优化，可以减小刀具突变载荷的冲击，提高刀具使用 寿命；优化后能生成效率最高的 G 代码程序，提高生产效率。
华中科技大学
2021-04-14
一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量方法
本发明公开了一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量方 法，其包括如下步骤：在五轴联动机床的主轴上安装激光位移传感器， 并在其工作台上安装三个不共线的标定球，设定标定球的齐次坐标表 达式；分别以摆动轴 A 和回转轴 C 为标定轴，利用激光位移传感器测 量摆动轴 A 及回转轴 C 在不同转角时，各标定球圆心在 X、Y、Z 方 向上的位置偏差；根据标定球圆心的位置偏差及标定球的齐次坐标表 达式，计算获得摆动轴 A 和回转轴 C 的几何误差值。本发明利用斜曲 面建立待测刚体 X、Y、Z 三个方向位置偏差的
华中科技大学
2021-04-14
一种基于SOI封装的六轴微惯性器件及其加工方法
本发明公开了一种基于SOI封装的六轴微惯性器件，包括单片集成的六轴微惯性器件、玻璃衬底、金属电极、金属引线、SOI盖帽和SOI密封墙；六轴微惯性器件通过阳极键合工艺键合在玻璃衬底上；金属电极为一个以上，均匀设置在玻璃衬底一侧，金属电极通过金属引线与六轴微惯性器件相接，SOI盖帽设在玻璃衬底正上方，SOI密封腔设在SOI盖帽和SOI密封墙之间，形成空腔结构；每个金属电极正上方的SOI盖帽上设有梯形电极孔，梯形电极孔正下方的SOI密封墙上设有垂直贯通；梯形电极孔、垂直贯通与金属电极一一对应。本发明具有全解耦、质量小、结构精巧、成本低和便于批量生产等优点，在单个器件内同时实现了对三轴的加速度和角速度的检测，应用范围广，有着良好的市场前景。
东南大学
2021-04-11