学霸的军工科研系统 第809章

　　实际的切削加工，刀具本身的自由度就有至少三个。

　　还要考虑到夹具、偏心量、形变量、径向跳动……

　　别说上手分析，光是想想就让人头皮发麻……

第1106章 浮动装夹方法

　　搞研究，最忌讳的就是半懂不懂。

　　因此，尽管心里面相信常浩南肯定有解决办法，但杨卫华还是把心中的顾虑给说了出来。

　　总而言之就是一句话。

　　会不会有些太复杂了？

　　“确实复杂。”

　　常浩南也没有否定问题的存在，只是点了点头：

　　“所以，我们得一点点来……首先，对于尺寸不是特别大的工件而言，铣削力作为造成薄壁发生弹性变形的最直接因素，所以第一步，我们可以从微观铣削力建模开始……”

　　之所以选择这种研究路径，倒不完全是出于从易到难的考虑。

　　还有一部分原因是，AE1500的风扇叶片，就恰好满足这个“尺寸不特别大”的要求。

　　所以，在取得成果之后，就能马上投入验证。

　　而魏永明也在这个时候继续道：

　　“如果只研究剪切作用的话，那就有现成的数学模型，可以在二阶阻尼系统下，建立合成电流与剪切力之间的数学关系……就算是面对多轴联动加工的情况，也只需要增加一个多向进给轴之间的耦合作用，来消除电机在提供速度改变扭矩时对测量结构的影响……”

　　“基本思路确实是没错，不过……倒也没有这么简单。”

　　常浩南回过头，随手拿起油性笔，在身后的白板上画了个圆柱体——

　　经过这么多年的锻炼，他的画功也已经比早年间有了飞跃式的进步。

　　至少，大家都能看出这是个圆柱体……

　　“在微细铣削加工中，刀具在切削过程中产生的切削力不能简单等同于剪切力，实际上还应该包括犁切力……”

　　常浩南一边说，一边在代表刀具路径的地方画了个受力分析：

　　“所以，铣削力模型在任意一个方向上的的基本表达式应该是……”

　　【dFj=[Kts·hj(θ)+Ktp]dz】

　　“其中Kts和Ktp分别代表对应方向的剪切力和犁切力系数……”

　　“……”

　　虽然说是第一步，但仅仅考虑铣削力本身，以及由铣削力和安装误差所导致的刀具偏心量，就已经让整个系统变得非常复杂。

　　再加上常浩南几乎是靠一支笔在干讲。

　　搞工程出身的杨卫华已经有点跟不上节奏了。

　　不过，这并非因为常浩南在刚开始就用了什么精深的理论。

　　只是推导过程确实过于繁杂了一些。

　　记下来回去多看几遍，总归还是能跟上思路。

　　好在，理论功底不错的魏永明很快接上了思路：

　　“测量铣削力所需要的各项传感器，在MS系列加工中心上面倒是都有……如果以MS45T三轴CNC加工中心为基础，那只需要修改机床系统，就可以实现通过数字自适应切削参数控制切削力，从而补偿切削过程中刀具端产生的干扰，防止过度磨损，并且保持较高的切屑去除率……”

　　“但落实到具体的加工过程……如果想要通过刀具位置偏差直接确定加工量的误差，那就必须保证装夹过程对工件产生的影响小到可以忽略……”

　　这次，还没等常浩南开口，刚刚一直低头奋笔疾书的杨卫华就突然抬起头：

　　“关于这个问题，我这倒是有相对成熟的解决方案……”

　　常浩南原本的打算是，考虑到装夹形变量基本发生在夹具释放之后的一小段时间内，因此把装夹引发的形变量独立出去，利用基于应力场构建的变形预测法进行控制。

　　但突然听到有人这么说，他也顿时就来了兴趣。

　　“仔细说说？”

　　作为业内有一定名望的技术人员，刚才那一段差点被绕懵的过程对于杨卫华来说绝对不算什么好的体验。

　　而现在，终于到了他所擅长的部分了。

　　“简单来说，就是在装夹装置中嵌入压力传感器，实时监测由于残余应力变化引起工件和装夹装置之间的作用力变化，当夹紧作用力达到一定阈值时即松开装夹，释放工件变形……”

　　“……”

　　“比如对于叶片一类的工件，可以在中间设置三个固定装夹单元完全定位工件，以保证加工基准，而周围的浮动装夹单元和辅助支撑单元则能够保证变形释放并重新装夹……这样一方面尽可能减小形变量，另一方面也可以在一定程度上预测到形变程度。”

　　说话间，他还从笔记本上撕下一页纸，画出了自己这个思路的示意图。

　　“这个装夹方式，是我在研发MS75T五轴联动机床过程中想到的，不过因为当时没有客户提出如此苛刻的要求，并且单独一个夹具的改善如果不结合其它技术，也无助于加工变形控制，所以最后还是转为了技术储备……”

　　虽然介绍的非常完整，但并没有完全说服魏永明：

　　“你说浮动装夹加工可以在保证加工基准的同时充分释放变形，但目前的“N-2-1”定位方法是要求零件在整个加工过程中位置和形状保持不变，这二者之间显然存在冲突。”

　　“另外，传统定位方法为了保持工件的稳定性会将定位点之间的距离设置尽可能远，对于浮动装夹加工，定位点之间的距离太远会限制变形的释放，而定位点之间距离过近又会导致零件失稳，你准备具体如何操作？”

　　而杨卫华既然敢说出口，对于这种问题显然早有考虑：

　　“把工件划分为固定装夹区和浮动装夹区即可。”

　　“固定装夹区通过三个固定装夹单元限制工件的6个自由度，保证加工基准，其余区域都是浮动装夹区，通过多个浮动装夹单元辅助定位，在工件释放变形之后调整浮动装夹单元以适应工件变形后的位姿，并在变形状态下再次辅助定位工件……”

　　“至于固定装夹区的计算，可以根据加工动态特征信息模型计算工件的中间状态质心，保证固定装夹区能在释放变形过程中包络质心即可。”

　　所谓加工动态特征信息模型，是火炬-C.B.法拉利公司以常浩南最早提供的数字仿真技术为基础，面向用户端提供的数据库类型服务。

　　可以把复杂的中间状态几何转化为多个简单层的叠加。

　　结合硬件层面全直线电机驱动机和蜂窝结构专利，对于一些产品规格相对标准（有明确的槽、筋、孔和轮廓），但精度要求较高的用户而言，有着极高的吸引力。

　　主要体现在加工效率几乎成倍领先于竞争对手。

　　当然，也确实如杨卫华所说，能在浮动装夹领域发挥作用。

　　“那如果加工对象是非典型的、质心分布不够集中的产品呢？”

　　魏永明作为工控系统的实际负责人，尤其是在明知自家领导是要加工什么的情况下，自然要提前予以考虑：

　　“就比如涡轮机的风扇叶片，加工过程中的质心变化幅度很大，靠人工确定固定装夹区域……恐怕是不可能实现的吧？”

　　这个问题，确实瞄准了杨卫华最薄弱的部分。

　　后者一时间无法回答。

　　因此，方才还十分焦灼的气氛，顿时冷却了下来。

　　“这个问题……倒是不难解决。”

　　直到听见这么一句话，魏永明和杨卫华才想起来，常浩南自打刚才开始，好像已经有一段时间没吱过声了。

　　原本以为是在听他们两个的争论。

　　但现在看来……似乎并非如此。

　　“卫华同志刚才也说过，三个固定装夹单元，就可以限制工件的6个自由度，那么固定装夹区域的优化，就相当于在尽可能小的区域之内包络尽可能多的动态质心……而不单单只是计算一个中间状态，尤其对于质心变化幅度很大的异形零件来说。”

　　常浩南缓缓开口道：

　　“所以，对于人工手段无法分析的复杂零件，可以考虑用一些寻优算法来实现，比如把将零件的边界根据弧长离散为多个点，再设置固定装夹区域在工件主变形方向的跨度值作为惩罚项……”

　　“……”

　　“当然，现有的基础算法可能不是很适应这类具体问题，但总之是可以在遗传算法或者差分进化算法的基础上再继续优化……”

　　还没等魏永明做出反应，本来算是受到鼓励的杨卫华反倒有些傻眼——

　　自己先提出来的构想，怎么常总好像比自己更熟悉的样子？

第1107章 我有三种方法，三种！

　　要说常浩南能在这短短几十分钟的时间里把这套技术给完全摸清楚，那当然是不可能的。

　　只不过，他更擅长提炼问题的本质而已。

　　而有了刚才这一句话，后面的研究方向，也就基本确定下来了。

　　也就是在切削部分结合误差建模进行自适应补偿，而在装夹部分则采用浮动装夹，尽可能减小固定区域所带来的加工后形变。

　　当然，即便是这样，真要抠精度也还是比不上老师傅的手活。

　　但这是让航空航天产业向真正规模化发展的必要步骤。

　　其实杨卫华也提出过这方面的顾虑。

　　常浩南的回答则是与之前在镐发集团开会时一样——

　　可以从一批产品中进行精挑，区分出一致性较高几批，分别安装到同一台发动机上。

　　而这个看上去有些狂野的思路，对于搞机械加工出身的杨卫华来说，几乎是颠覆性的。

　　他停下了手上收拾东西的动作，愣在原地好长时间：

　　“当年我入行之后，师父教的第一条就是标准化加工……现在看来，反倒有点跟不上时代了……”

　　语气中满是感慨。

　　以杨卫华的年纪，入行时应该在八十年代初，刚好是华夏机械行业进行第二轮大规模升级的阶段。

　　到现在也有二十来年了。

　　要知道，早年间我国加工精度不行的时候，执行的就是这种从一批产品当中特挑合格品的方式。

　　正是通过他们这一代人的努力，才算是建立了一套比较完善的标准化加工体系。

　　现在却要走回头路。

　　怀旧服开服了属于是。

　　“标准化，当然是没错的。”

　　常浩南也感受到了对方的emo，笑着回答道：

　　“但是，对于真正高要求的生产，即便再怎么精密的生产方式，也总会存在误差，所以就加工结果而言，反而不可能存在严格意义上的标准化。”

　　“既然如此，我们不如换个思路，去执行生产流程领域的标准化，用生产效率来在一定程度上弥补产品一致性的不足……”

　　这个年代，多数人对于“高水平生产”的理解，还是比较简单的。

　　精度高、可替换性好。

　　仍然是八十年代那一套。

　　但实际上，别说机械制造，就算是半导体加工领域，也是存在随机误差的。

　　特挑并不丢人。

　　关键是得能挑明白……

　　一番开导过后，杨卫华若有所思地离开了会议室。

　　但魏永明似乎并没有离开的意思。

　　连桌上的笔记本电脑都没收起来。

　　“永明啊，还有事？”

　　常浩南见状也停下动作，重新坐回了椅子上。

　　他和魏永明俩人年岁相仿，又是早年间就认识的老伙计，因此私下里的称呼倒也随意很多。

　　而魏永明也不废话，直接进入正题：

　　“我刚才仔细分析了一下老杨提出来的装夹方式，如果提炼成一个多目标优化问题，那决策变量虽然只有三个，但目标函数可完全不止……尤其对于弯扭程度比较大的工件来说，最少也得有四个以上。”

　　常浩南没有开口，只是点了点头表示没错。

　　这副理所当然的样子，差点把魏永明给整得不自信了。

　　不过，在定了定神之后，还是继续开口道：

　　“可是……用遗传算法进行多目标优化，总体上都是基于Pareto支配的，随着目标个数的增加，种群中非支配解的数量会呈指数上升，导致算法搜索能力快速恶化……”