《光滑流形曲面自適應切片及其在多軸加工中的套用》是依託武漢工程大學，由陳緒兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：光滑流形曲面自適應切片及其在多軸加工中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳緒兵
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目瞄準複雜曲面加工技術的高速高精發展趨勢，建立光滑流形曲面幾何建模及自適應切片的理論與方法，探索截面間距隨著流形曲面自適應變化的客觀規律，並套用於鑽頭鋼體等典型曲面零件的多軸加工中生成刀具軌跡，彌補常用的分區加工方法影響加工精度與加工效率的不足；並藉助微分幾何與連續時間系統最優控制的基本理論，建立光滑流形曲面全局最佳化刀具軌跡生成的系統策略，在加工經濟精度允許範圍內，調和高速高精需求與加工成本之間的矛盾；同時,開展全局最佳化刀具軌跡的數字仿真與物理實驗研究，挖掘影響高速高精多軸加工過程的關鍵因素，完善光滑流形曲面自適應切片與全局最佳化刀具軌跡生成的理論與高效算法。通過上述理論的確立與關鍵技術的研究，建立光滑流形曲面全局最佳化刀具軌跡的生成與評價方法，為複雜曲面高速高精加工提供核心理論和關鍵技術，保證加工精度，提高加工效率，降低加工成本，發展生產力。
結題摘要
本項目按照計畫進行，分別從光滑流形曲面的軌跡規劃、刀具姿態最佳化、變形補償、精度評價和效率評價等五個方面展開研究，各自取得了一定的成果。首先，基於正則光滑流形曲面及流形降維，將三維刀具軌跡生成分解為多視圖二維平面曲線填充，通過逆映射與自動粘合生成等殘高的刀具軌跡，該刀具軌跡符合群論法則，軌跡曲線是切向量場的積分曲線，可以利用切空間工具來分析等殘高軌跡的性質；其次，在幾何約束空間，基於每個刀觸點的可視錐和約束邊界中平面上的導引線，可以生成C1連續的刀具姿態；再次，針對薄壁件五軸加工刀具軌跡的變形補償問題，建立誤差預測模型和軌跡補償模型，預測定位變形、工件和夾具的接觸變形以及加工過程中的薄壁變形引起的加工誤差，補償精加工軌跡，有效預防過切與欠切，減少尺寸誤差、平行誤差和輪廓誤差；然後，基於剛體運動幾何學理論，從曲面毛坯上刨去刀具掃描體，以展現等殘高軌跡的加工形貌，計算表明，套用建立的等殘高軌跡規劃方法，在某葉片曲面上獲得的加工精度優於期望值；最後，直線段、圓弧段、NURBS曲線段等類型的所有軌跡段求長後，分別按照少無衝擊的S曲線加減速模式進行速度規劃，並以最短時間為最佳化目標，將刀具軌跡的速度規劃問題轉化為約束條件下的最優控制問題，通過超越方程求解，統計加工總時間，評價刀具軌跡的加工效率。主要完成了以下四個方面的研究工作： （1）建立了光滑流形曲面軌跡的軌跡規劃、刀具姿態最佳化、變形補償、精度評價和效率評價等理論與方法，為光滑流形曲面的高速高精多軸加工提供關鍵技術和理論支撐。 （2）完成了光滑流形曲面的軌跡規劃與加工驗證，發表了SCI、EI收錄論文9篇，申請了國家發明專利2項、實用新型專利1項，培養了博士研究生1名、碩士研究生4名。 （3）舉辦了“低碳經濟下高技術裝備製造產業與智慧型製造發展論壇”全國性會議，參觀了新加坡南洋理工大學新加坡製造技術研究院和國家RFID中心，邀請了美國機械工程師學會會士、伍斯特理工大學終身教授、清華大學特聘教授融亦鳴（Kevin Rong）來我校訪問和講學，接受了法國梅斯工程師學院和摩洛哥阿加迪爾國際理工大學4名國際交換生的半年期研究。 （4）建立了由陳緒兵教授、曹鵬彬副教授、李文龍博士等教師及其研究生組成的研究團隊，為進一步發展創造了有利條件。
