第1106章 浮动装夹方法
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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？
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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？
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