复杂曲面五轴铣削让刀误差精确预测与刀具姿态规划研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51605346
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 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:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Marine propeller kind of sculptured surface parts have typical features, such as densely distributed blades, distorted surfaces, large overlapping regions, thin wall, and long overhanging. These features make it difficult to plan the tool path, and machining system of its machine tool has weak stiffness. The cutting force induced tool deflection is increased accordingly, which has a significant effect on the machining accuracy and reduces service performance and life of the part considerably. In this project, aiming at five-axis machining of marine propeller kind of curved surface parts, the flexible cutting force prediction model considering the end deflection will be established. Then the end deflection and deflection induced error under the coupling action between force and deflection will be predicted accurately combining synthesize stiffness characteristic analysis of the whole five-axis machining system. Cutter orientation planning method with optimization objective of deflection induced error will be proposed. Geometry constraint of collision-free condition, kinematic constraint of axes smoothness condition, and physical optimization objective of deflection induced error will be modeled. Then the cutter orientation planning model will be build, whose fast optimization algorithm is also designed. On this basis, the tool deflection induced error is expected to be controlled, which can improve the machining accuracy of the parts. This research will provide core theory and critical technology for high accuracy five-axis milling of marine propeller kind of curved surface part, and expand the utilization of five-axis milling in the field of multi-blade sculptured surface parts.
舰船螺旋桨类复杂曲面零件具有叶片密集、型面扭曲、重叠区大和壁薄悬伸长等典型特征,不仅使其加工轨迹规划非常困难,还使得加工工艺系统呈现弱刚度特性,增大工艺系统末端受力变形,显著影响零件加工精度,从而较大降低零件的服役性能与寿命。本项目针对舰船螺旋桨类复杂曲面零件五轴铣削,在考虑工艺系统末端受力变形反馈基础上,建立柔性切削力预测模型,结合考虑多传动环节的末端综合刚度特性分析与半解析建模,精确预测力-变形耦合作用下的末端变形,及其在工件上映射的让刀误差。提出以让刀误差为优化目标的刀具姿态规划方法,构建避免干涉的几何特征约束、光顺机床轴进给的运动学约束和优化让刀误差的物理目标,并进行刀具姿态规划建模及其快速寻优算法设计。在此基础上,实现让刀误差精确控制和提高零件加工精度。研究成果将为舰船螺旋桨类零件高精度五轴铣削加工提供核心理论与关键技术,并拓展五轴铣削在多叶片复杂曲面零件制造领域的应用。

结项摘要

大型薄壁类复杂构件具有众多复杂内部相交特征,给其内部特征的准确识别带来极大挑战,毛坯模型内部特征的有效识别是实现加工余量确定、切削参数优化及刀具路径规划的重要基础。复杂薄壁类曲面零件具有特征密集、型面扭曲、重叠区大和壁薄悬伸长等典型特征,不仅使其加工轨迹规划非常困难,还使得机床加工系统呈现弱刚度特性,增大加工系统末端受力变形,显著影响零件加工精度,从而较大降低零件的服役性能与寿命。本项目对此设计基于特征矩阵的大型复杂构件毛坯模型相交特征分层识别算法,实现基于毛坯模型拓扑信息的多层次复杂相交特征识别。提出考虑刀具变形反馈的五轴铣削切削力预测方法。针对通用的圆弧铣刀特点,在考虑刀具姿态、刀具变形的情况下,确定圆弧铣刀切削刃的瞬时未变形切屑厚度和切削状态。采用迭代计算确定柔性变形量并构建刀具变形和切削力的相互反馈框架,以精确预测切削力。建立考虑工件曲面加工误差的刀具姿态规划模型。针对复杂曲面零件缩比模型的主体区域,确立了基于最小加工误差的刀具姿态规划优化目标,针对工件复杂特征简化了加工曲面和刀具姿态空间约束,基于最小材料去除率和最大加工残留高度给出了刀具姿态规划加工效率约束。建立刀具姿态规划优化模型,制定曲面切削区域刀具姿态规划优化流程,给出模型求解与刀轨生成的程序计算流程。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(12)
基于Midas/Civil的自动抹灰机非对称桁架优化设计与试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    现代制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨鹏飞;周敏;王念先;段现银
  • 通讯作者:
    段现银
Tool orientation optimization considering cutter deflection error caused by cutting force for multi-axis sculptured surface milling
考虑切削力引起的刀具偏转误差的多轴雕刻曲面铣削刀具定向优化
  • DOI:
    10.1007/s00170-019-03663-9
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Duan Xianyin;Peng Fangyu;Zhu Kunpeng;Jiang Guozhang
  • 通讯作者:
    Jiang Guozhang
选择性激光烧结3D打印参数对成型精度影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    现代制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张瀚;蒋国璋;段现银
  • 通讯作者:
    段现银
激光选区熔化成型件铣削表面粗糙度预测模型及参数优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    现代制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈曦;蒋国璋;段现银
  • 通讯作者:
    段现银
FDM 3D打印机喷嘴流场分析与结构优化
  • DOI:
    10.13462/j.cnki.mmtamt.2018.11.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    组合机床与自动化加工技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高强;周敏;朱黎立;段现银
  • 通讯作者:
    段现银

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其他文献

数字孪生驱动的金属选择性激光熔融成形过程在线监控
  • DOI:
    10.13196/j.cims.2021.02.008
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    段现银;陈昕悦;向峰;朱锟鹏;蒋国璋
  • 通讯作者:
    蒋国璋
SLS成型参数对PA2200拉伸试样强度和尺寸精度的影响
  • DOI:
    10.16410/j.issn1000-8365.2022.01.014
  • 发表时间:
    2002
  • 期刊:
    铸造技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    侯高雁;郝志强;段现银
  • 通讯作者:
    段现银
基于目标检测的选区激光熔融成形过程熔池与飞溅监测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    毛杨坤;段现银;林昕;傅盈西;朱锟鹏
  • 通讯作者:
    朱锟鹏

其他文献

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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