面向数字孪生滚磨光整加工的高保真模型构建方法

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作者 辛宇鹏 李文辉 陈艺文 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第9期3141-3158,共18页

零件表面微观几何形貌表达以及机械作用力的仿真计算,是影响精密加工仿真结果预测准确度的关键。传统仿真中常采用理想光滑表面模型替代零件真实的几何形貌,往往导致仿真结果与实际加工效果产生巨大偏差。以滚磨光整加工为背景,借鉴数... 零件表面微观几何形貌表达以及机械作用力的仿真计算,是影响精密加工仿真结果预测准确度的关键。传统仿真中常采用理想光滑表面模型替代零件真实的几何形貌,往往导致仿真结果与实际加工效果产生巨大偏差。以滚磨光整加工为背景,借鉴数字孪生理念,提出采用高保真模型模拟预测机械加工作用效果。该模型是一个多维度、多尺度的数据集合,在保留零件表面微观几何尺寸信息的同时,还兼容加工要求、材料和表面质量等信息。研究了面向数字孪生滚磨光整加工的高保真模型几何建模方法,提出了数字孪生滚磨光整加工系统框架,分析了该框架下的高保真模型迭代运行机制。最后,通过对比一尺寸为20 mm×20 mm×3 mm铝合金试件的滚磨光整加工实验和仿真实验结果,验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 数字孪生 滚磨光整加工 表面模型 加工仿真 高保真模型

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机械叶片五轴数控加工刀具路径规划算法

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作者 马海国 《机械制造与自动化》 2025年第6期30-34,共5页

机械叶片五轴数控机床规划路径较为复杂,无法实现精简加工,为此设计基于投影离散点和包络面的机械叶片五轴数控加工刀具路径规划算法。设计基于投影离散点的初始关键刀触点包络面生成算法,生成刀具初始关键刀触点逼近曲线的扫掠面即初... 机械叶片五轴数控机床规划路径较为复杂,无法实现精简加工,为此设计基于投影离散点和包络面的机械叶片五轴数控加工刀具路径规划算法。设计基于投影离散点的初始关键刀触点包络面生成算法,生成刀具初始关键刀触点逼近曲线的扫掠面即初始关键刀触点的包络面。为获取刀位点数据,在初始刀触点包络面基础上,利用刀具形状补偿生成刀位点数据。设计等弓高误差变步长切线离散刀位点插值算法,实施机械叶片五轴数控加工刀位点轨迹插值,实现刀具路径规划。实验测试结果表明:设计算法的叶轮加工刀具路径规划更简单规整,通过设计算法进行加工刀具路径规划后加工流程更加简单、耗时更短。 展开更多

关键词 叶片加工 投影离散点 包络面 刀具形状补偿 数控加工 路径规划

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基于数控仿真的复杂曲面零件加工工艺优化与误差补偿研究

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作者 张浩 李森翔 刘若男 《现代制造技术与装备》 2025年第12期156-158,共3页

围绕复杂曲面零件数控加工中精度与效率的核心问题,深入探讨基于数控仿真技术的加工工艺优化及误差补偿策略。通过系统剖析数控仿真技术原理,从加工工艺参数优化、刀具路径规划等维度构建工艺优化体系。同时,基于误差来源分析,构建多方... 围绕复杂曲面零件数控加工中精度与效率的核心问题,深入探讨基于数控仿真技术的加工工艺优化及误差补偿策略。通过系统剖析数控仿真技术原理,从加工工艺参数优化、刀具路径规划等维度构建工艺优化体系。同时,基于误差来源分析,构建多方法融合的误差补偿模型。研究成果能够为复杂曲面零件数控加工提供理论支撑与实践路径,助力提高制造业高端加工水平。 展开更多

关键词 数控仿真 复杂曲面零件 加工工艺优化 误差补偿 多轴联动加工

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直线与刀具扫描体求交算法及其应用研究 被引量：17

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作者 韩向利 袁哲俊 +1 位作者 肖田元 温秀梅 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第2期123-129,共7页

直线与刀具扫描体的交点问题是数控图形验证、加工过程仿真技术中的核心问题。本文根据五坐标联动机床的运动特点，把刀具扫描体表达成几组简单曲面的组合，利用直线与这几类曲面的交点来求解直线与刀具扫描体的交点。利用该算法，我们... 直线与刀具扫描体的交点问题是数控图形验证、加工过程仿真技术中的核心问题。本文根据五坐标联动机床的运动特点，把刀具扫描体表达成几组简单曲面的组合，利用直线与这几类曲面的交点来求解直线与刀具扫描体的交点。利用该算法，我们开发了一个用于检验五坐标铣削加工精度的计算机仿真软件。加工与仿真的实践证明，该算法计算正确可靠。 展开更多

关键词 刀具 扫描体 加工 仿真 CAD CAM

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考虑机床-磨削交互的工件表面形貌仿真 被引量：5

5

作者 冯伟 陈彬强 +3 位作者 蔡思捷 姚斌 罗琪 张东生 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期235-240,共6页

磨削加工方法是保证加工表面质量的重要手段,机床结构与磨削过程之间存在的交互作用会对工件表面质量产生不利影响。以砂轮端面磨削加工过程为研究对象,在研究磨削工件表面形貌仿真方法的基础上,深入分析了机床结构与磨削过程之间交互... 磨削加工方法是保证加工表面质量的重要手段,机床结构与磨削过程之间存在的交互作用会对工件表面质量产生不利影响。以砂轮端面磨削加工过程为研究对象,在研究磨削工件表面形貌仿真方法的基础上,深入分析了机床结构与磨削过程之间交互作用对工件表面形貌的影响。首先基于砂轮表层磨粒的随机分布特性建立了虚拟砂轮形貌,然后通过对磨削过程中砂轮磨粒与工件几何干涉作用的分析,建立了磨粒运动轨迹方程和工件表面形貌方程。考虑砂轮变形对磨削过程的反向作用,建立了主轴-砂轮结构与磨削过程间的交互模型,采用耦合仿真的方法对机床-磨削交互过程进行了仿真,并考虑磨削过程中的交互作用提出了一种新的磨削工件表面形貌仿真模型,实验结果验证了所给算法的正确性和有效性,该方法为进一步优化磨削工艺参数提供了依据。 展开更多

关键词 机床-磨削交互 表面形貌 仿真

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缓变自由曲面圆弧包络加工法的表面误差分析 被引量：3

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作者 阎秋生 林彬 +2 位作者 张自强 于爱兵 荘司克雄 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期619-622,共4页

研究了缓变自由曲面的圆弧包络加工法 ,分析了产生于加工表面的凸峰误差 ,并进行了模拟计算 .圆弧包络加工法可有效利用圆弧工具的全宽减小工具的局部磨损提高其寿命 ,但圆弧工具形状残留于加工表面产生凸峰误差 .对圆弧包络加工法加工... 研究了缓变自由曲面的圆弧包络加工法 ,分析了产生于加工表面的凸峰误差 ,并进行了模拟计算 .圆弧包络加工法可有效利用圆弧工具的全宽减小工具的局部磨损提高其寿命 ,但圆弧工具形状残留于加工表面产生凸峰误差 .对圆弧包络加工法加工横截面为抛物线曲面的凸峰误差模拟结果表明 ,工具圆弧半径增大和进给间隔减小可显著减小凸峰误差 ,采用工具圆弧半径 r=2 0 mm进给间隔 Δl=0 .1mm,凸峰误差可以减小到 0 .0 6μm左右 . 展开更多

关键词 超精密加工 自由曲面 圆弧包络加工法 表面误差 加工原理 圆弧包络磨削

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异形面型芯数控加工与仿真研究 被引量：26

7

作者 郭晟 袁永富 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第2期150-152,156,共4页

随着计算机技术的发展,先进的CAD/CAM软件技术在现代数控技术中的应用越来越广泛。通过运用UG这款先进的综合软件在模具数控加工方面的强大功能,结合典型曲面模具型芯零件,探索了其可变轴联动数控加工程序的一般方法,进行了复杂异形面... 随着计算机技术的发展,先进的CAD/CAM软件技术在现代数控技术中的应用越来越广泛。通过运用UG这款先进的综合软件在模具数控加工方面的强大功能,结合典型曲面模具型芯零件,探索了其可变轴联动数控加工程序的一般方法,进行了复杂异形面型芯零件数控加工工艺设计,实现了复杂异形面型芯零件的粗加工、固定轴曲面轮廓半精加工、可变轴曲面轮廓精加工,同时进行了3D仿真验证,通过后处理可以生成实际可执行的可变轴数控加工程序,对实际生产具有较强的借鉴意义。 展开更多

关键词 异形面型芯 数控加工工艺 固定轴曲面轮廓半精加工 3D仿真 可变轴数控加工

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平面包络环面蜗杆啮合齿面的结构特性及其应用 被引量：3

8

作者 黄安贻 夏江敬 张仲甫 《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》 CAS 2003年第2期67-70,共4页

根据平面包络环面蜗杆的形成原理,研究了平面包络环面蜗杆螺旋面的结构对称性,导出了齿面坐标关系。平面包络环面蜗杆的这种结构对于平面包络环面蜗杆两啮合齿面(即螺旋面)数控磨削加工起刀点的自动确定具有重要作用。应用上述对称性对... 根据平面包络环面蜗杆的形成原理,研究了平面包络环面蜗杆螺旋面的结构对称性,导出了齿面坐标关系。平面包络环面蜗杆的这种结构对于平面包络环面蜗杆两啮合齿面(即螺旋面)数控磨削加工起刀点的自动确定具有重要作用。应用上述对称性对平面包络环面蜗杆的数控磨削进行了仿真研究,结果表明了对称性研究结论和利用对称性确定数控磨削起刀点的方法正确可行。这种方法对于其他形式的蜗杆传动的数控加工具有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 平面包络环面蜗杆 对称性 数控磨削加工 结构特性 啮合齿面 螺旋面

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基于多层次细节模型的动态切削力仿真 被引量：4

9

作者 何伟 宾鸿赞 张何军 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期1430-1433,1500,共5页

为了缓解雕刻曲面数控加工过程物理仿真的仿真速度与仿真精度的矛盾,减少仿真的计算量和缩短仿真时间,介绍了雕刻曲面数控加工过程仿真的多层次细节模型和基于该模型的动态切削力的仿真方法。基于雕刻曲面的多层次细节模型的动态切削力... 为了缓解雕刻曲面数控加工过程物理仿真的仿真速度与仿真精度的矛盾,减少仿真的计算量和缩短仿真时间,介绍了雕刻曲面数控加工过程仿真的多层次细节模型和基于该模型的动态切削力的仿真方法。基于雕刻曲面的多层次细节模型的动态切削力的仿真,可以根据工件毛坯不同的几何形状、仿真要求、工艺参数等在曲面上不同的区域和不同的细节层次上进行,为校验和优化数控加工程序提供依据。 展开更多

关键词 雕刻曲面 多层次细节 加工过程仿真 动态切削力

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回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究 被引量：3

10

作者 王清清 傅秀清 +2 位作者 张震 段双陆 马文科 《机械设计》 CSCD 北大核心 2020年第3期47-53,共7页

针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较... 针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。 展开更多

关键词 微细电解加工 回转体表面 过程仿真 工艺试验

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NX技术在模具型芯加工中的应用 被引量：5

11

作者 刘勇 郭晟 +1 位作者 赖啸 刘存平 《机械制造与自动化》 2014年第2期213-216,共4页

结合典型曲面模具型芯零件,探索了其可变轴联动数控加工程序的一般方法,进行了复杂异形面型芯零件数控加工工艺设计,实现了复杂异形面型芯零件的粗加工、固定轴曲面轮廓半精加工、可变轴曲面轮廓精加工,同时进行了3D仿真验证,通过后处... 结合典型曲面模具型芯零件,探索了其可变轴联动数控加工程序的一般方法,进行了复杂异形面型芯零件数控加工工艺设计,实现了复杂异形面型芯零件的粗加工、固定轴曲面轮廓半精加工、可变轴曲面轮廓精加工,同时进行了3D仿真验证,通过后处理生成了实际可执行的可变轴数控加工程序,对实际生产具有较强的借鉴意义。 展开更多

关键词 异形面型芯 数控加工工艺 固定轴曲面轮廓半精加工 3D仿真 可变轴数控加工

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轴向功率超声珩磨力学模型的建立及仿真 被引量：2

12

作者 刘振 祝锡晶 +1 位作者 王建青 邵云鹏 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2014年第6期858-863,共6页

功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料... 功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。 展开更多

关键词 超声珩磨 磨粒分布 摩擦系数 磨削力 仿真

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磨粒刻划单晶SiC的SPH与FEM耦合仿真分析 被引量：2

13

作者 李龙 葛培琪 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期44-53,共10页

目的进一步理解金刚石线锯加工硬脆晶体材料的去除特性。方法采用SPH与FEM耦合算法,分析磨粒刻划单晶碳化硅工件过程中的材料去除动态响应,研究不同磨粒压入深度与几何形状条件对磨粒接触力、工件刻划表面形貌与应力分布的影响规律,分... 目的进一步理解金刚石线锯加工硬脆晶体材料的去除特性。方法采用SPH与FEM耦合算法,分析磨粒刻划单晶碳化硅工件过程中的材料去除动态响应,研究不同磨粒压入深度与几何形状条件对磨粒接触力、工件刻划表面形貌与应力分布的影响规律,分析磨粒恒定深度刻划与变深度刻划两种方式下磨粒刻划工件材料的动态响应。结果磨粒接触力的各方向分量均随刻划时间发生波动,其中x与z轴方向的磨粒接触力随时间的变化趋势相近,平稳刻划时段的磨粒接触力均值拟合方程分别为f_(x)=3.0956h^(2.7264),f_(z)=11.3813h^(2.6214)。磨粒压入深度是影响刻划过程中工件刻划截面形貌及应力分布的主要因素。相较于圆锥体磨粒,球体磨粒刻划后的工件材料截面形貌更粗糙,但工件材料的变形及损伤层深度更小。在磨粒变深度刻划方式下,随着磨粒压入深度的增加,刻划过程中的工件材料发生了脆塑转变。结论在保证材料去除率的条件下,需降低磨粒压入深度,以降低磨粒接触力,获得更平整的工件表面刻划形貌与更低的等效应力。 展开更多

关键词 硬脆晶体材料 金刚石线锯加工 材料去除过程 刻划表面 仿真分析

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叶轮零件集成数控编程与数控加工过程仿真 被引量：2

14

作者 李云龙 曹岩 李宗斌 《成组技术与生产现代化》 2006年第2期16-19,26,共5页

探讨应用于叶轮类零件的集成数控编程与加工过程仿真技术,给出了其功能结构图与流程图,利用商品化软件SURFCAM和VERICUT构建了集成数控编程与加工过程仿真环境,并利用其实现了一个整体叶轮零件的数控编程与加工过程仿真,实际加工结果表... 探讨应用于叶轮类零件的集成数控编程与加工过程仿真技术,给出了其功能结构图与流程图,利用商品化软件SURFCAM和VERICUT构建了集成数控编程与加工过程仿真环境,并利用其实现了一个整体叶轮零件的数控编程与加工过程仿真,实际加工结果表明其能够有效解决叶轮类零件的复杂曲面加工问题. 展开更多

关键词 叶轮 复杂曲面加工 数控编程 加工过程仿真

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VERICUT 7.3对于零件多次翻面装夹的仿真加工 被引量：4

15

作者 刘文彦 《机械工程与自动化》 2016年第5期217-219,共3页

主要阐述了运用VERICUT 7.3软件对零件多次翻面装夹、多面仿真加工的操作方法和步骤以及一些相关项的设置,实现整个零件一气呵成的仿真加工,从而检验加工程序的正确性和加工工艺的合理性,并对加工结果进行质量检测,检验其是否符合零件... 主要阐述了运用VERICUT 7.3软件对零件多次翻面装夹、多面仿真加工的操作方法和步骤以及一些相关项的设置,实现整个零件一气呵成的仿真加工,从而检验加工程序的正确性和加工工艺的合理性,并对加工结果进行质量检测,检验其是否符合零件的加工精度要求。 展开更多

关键词 VERICUT 7.3 多次翻面装夹 多面仿真加工 加工程序

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基于离散曲线包络的刮削加工仿真数学模型 被引量：4

16

作者 贾康 郑帅 +1 位作者 荆冲 洪军 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期548-555,共8页

为实现通用廓形刮削加工过程的分析,提出一种切削刃曲线离散包络的刮削加工仿真数学模型,该模型能够完成任意切削刃廓形的刮削加工廓形与加工误差计算,以及相应的刮削切触运动仿真分析。构建了刮削加工的运动学模型,表述了刀具与工件的... 为实现通用廓形刮削加工过程的分析,提出一种切削刃曲线离散包络的刮削加工仿真数学模型,该模型能够完成任意切削刃廓形的刮削加工廓形与加工误差计算,以及相应的刮削切触运动仿真分析。构建了刮削加工的运动学模型,表述了刀具与工件的结构参数以及刮削设置参数。在刮削加工成型原理的基础上,提出基于切削刃曲线离散运动包络的刮削加工廓形计算原理,并给出相应的计算流程与具体计算方法。在此基础上,通过寻求包络廓形作用点的切削发生关系,借助合理的坐标转换实现了刮削加工过程的切触运动仿真分析,并进一步提出了仿真加工廓形的误差评估算法。采用非规则廓形刀具进行了内刮削廓形的加工计算,并进行了运动仿真和廓形加工误差计算,验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 刮削 离散曲线包络 加工廓形计算 切触运动 加工仿真 误差计算

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辅助加工中切削刃微观几何形貌的FEM仿真识别研究

17

作者 孙春霞 《煤炭技术》 CAS 2019年第2期172-175,共4页

针对工艺策略辅助加工技术,介绍了在加工后,切削刀具正好用作机械表面改性的工具。设计一种在辅助加工过程中能够承受载荷谱并诱导最佳表面层状态的刀尖微观几何形貌的方法,研究了表面层中产生的晶粒细化和在切削刀具上的热机械负载,可... 针对工艺策略辅助加工技术,介绍了在加工后,切削刀具正好用作机械表面改性的工具。设计一种在辅助加工过程中能够承受载荷谱并诱导最佳表面层状态的刀尖微观几何形貌的方法,研究了表面层中产生的晶粒细化和在切削刀具上的热机械负载,可以通过对产生的表面层进行建模及有限元模拟分析来解决。此方法可应用到金属部件的工业生产中,特别是在制造高性能部件,有着改善疲劳强度、耐磨性和摩擦学性能的特点。通过测试证明,基于模拟仿真分析的方法,可以对加工工艺有更深入的研究,从而进一步优化表面(例如晶粒细化)。 展开更多

关键词 表面改性 辅助加工 表面形貌 模拟仿真分析

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五轴联动高速加工螺旋桨叶轮的关键技术研究 被引量：2

18

作者 潘培道 谢捷 韩江 《航空精密制造技术》 2009年第4期22-26,共5页

为提高整体叶轮的五轴高速加工精度和加工效率,利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权得到理想的二阶连续的桨叶曲面。把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中,通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择,计算出叶轮的加工刀... 为提高整体叶轮的五轴高速加工精度和加工效率,利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权得到理想的二阶连续的桨叶曲面。把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中,通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择,计算出叶轮的加工刀轨路径,并通过后置处理得到符合MIKRONUCP800数控机床的NC代码并加工出叶轮产品。 展开更多

关键词 五轴高速加工 自由曲面建模 叶轮 切削工艺 仿真

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钛合金切削表层微观组织研究进展 被引量：6

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作者 刘广鑫 张定华 姚倡锋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第15期231-245,共15页

钛合金是航空发动机关键构件的主选材料,切削加工是其制造工艺中最基本的加工方法之一。切削加工产生的热-机载荷会导致钛合金表层微观组织发生复杂变化,从而在加工表面形成表面变质层。表层微观组织严重影响着工件的物理、力学性能,因... 钛合金是航空发动机关键构件的主选材料,切削加工是其制造工艺中最基本的加工方法之一。切削加工产生的热-机载荷会导致钛合金表层微观组织发生复杂变化,从而在加工表面形成表面变质层。表层微观组织严重影响着工件的物理、力学性能,因此,研究钛合金切削表层微观组织对改善航空发动机关键构件的使役性能与可靠性有重要意义。基于表面变质层的形成机理,工艺因子对表层微观组织的影响规律以及微观组织的模拟与预测三个方面的研究成果,介绍钛合金切削表层微观组织的研究现状。最后,分析现有研究存在的一些不足以及未来的研究方向。 展开更多

关键词 钛合金 加工表面 微观组织变化 工艺因子 模拟与预测

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