第1106章 浮動裝夾方法
第1106章 浮動裝夾方法
搞研究，最忌諱的就是半懂不懂。
因此，儘管心裏面相信常浩南肯定有解決辦法，但楊衛華還是把心中的顧慮給說了出來。
總而言之就是一句話。
會不會有些太複雜了？
「確實複雜。」
常浩南也沒有否定問題的存在，只是點了點頭：
「所以，我們得一點點來……首先，對於尺寸不是特別大的工件而言，銑削力作為造成薄壁發生彈性變形的最直接因素，所以第一步，我們可以從微觀銑削力建模開始……」
之所以選擇這種研究路徑，倒不完全是出於從易到難的考慮。
還有一部分原因是，AE1500的風扇葉片，就恰好滿足這個「尺寸不特別大」的要求。
所以，在取得成果之後，就能馬上投入驗證。
而魏永明也在這個時候繼續道：
「如果只研究剪切作用的話，那就有現成的數學模型，可以在二階阻尼系統下，建立合成電流與剪切力之間的數學關係……就算是面對多軸聯動加工的情況，也只需要增加一個多向進給軸之間的耦合作用，來消除電機在提供速度改變扭矩時對測量結構的影響……」
「基本思路確實是沒錯，不過……倒也沒有這麼簡單。」
常浩南回過頭，隨手拿起油性筆，在身後的白板上畫了個圓柱體——
經過這麼多年的鍛鍊，他的畫功也已經比早年間有了飛躍式的進步。
至少，大家都能看出這是個圓柱體……
「在微細銑削加工中，刀具在切削過程中產生的切削力不能簡單等同於剪切力，實際上還應該包括犁切力……」
常浩南一邊說，一邊在代表刀具路徑的地方畫了個受力分析：
「所以，銑削力模型在任意一個方向上的的基本表達式應該是……」
【dFj=[Kts·hj(θ)+Ktp]dz】
「其中Kts和Ktp分別代表對應方向的剪切力和犁切力係數……」
「……」
雖然說是第一步，但僅僅考慮銑削力本身，以及由銑削力和安裝誤差所導致的刀具偏心量，就已經讓整個系統變得非常複雜。
再加上常浩南幾乎是靠一支筆在干講。
搞工程出身的楊衛華已經有點跟不上節奏了。
不過，這並非因為常浩南在剛開始就用了什麼精深的理論。
只是推導過程確實過於繁雜了一些。
記下來回去多看幾遍，總歸還是能跟上思路。
好在，理論功底不錯的魏永明很快接上了思路：
「測量銑削力所需要的各項傳感器，在MS系列加工中心上面倒是都有……如果以MS45T三軸CNC加工中心為基礎，那只需要修改工具機系統，就可以實現通過數字自適應切削參數控制切削力，從而補償切削過程中刀具端產生的干擾，防止過度磨損，並且保持較高的切屑去除率……」
「但落實到具體的加工過程……如果想要通過刀具位置偏差直接確定加工量的誤差，那就必須保證裝夾過程對工件產生的影響小到可以忽略……」
這次，還沒等常浩南開口，剛剛一直低頭奮筆疾書的楊衛華就突然抬起頭：
「關於這個問題，我這倒是有相對成熟的解決方案……」
常浩南原本的打算是，考慮到裝夾形變量基本發生在夾具釋放之後的一小段時間內，因此把裝夾引發的形變量獨立出去，利用基於應力場構建的變形預測法進行控制。
但突然聽到有人這麼說，他也頓時就來了興趣。
「仔細說說？」
作為業內有一定名望的技術人員，剛才那一段差點被繞懵的過程對於楊衛華來說絕對不算什麼好的體驗。
而現在，終於到了他所擅長的部分了。
「簡單來說，就是在裝夾裝置中嵌入壓力傳感器，實時監測由於殘餘應力變化引起工件和裝夾裝置之間的作用力變化，當夾緊作用力達到一定閾值時即鬆開裝夾，釋放工件變形……」
「……」
「比如對於葉片一類的工件，可以在中間設置三個固定裝夾單元完全定位工件，以保證加工基準，而周圍的浮動裝夾單元和輔助支撐單元則能夠保證變形釋放並重新裝夾……這樣一方面儘可能減小形變量，另一方面也可以在一定程度上預測到形變程度。」
說話間，他還從筆記本上撕下一頁紙，畫出了自己這個思路的示意圖。
「這個裝夾方式，是我在研發MS75T五軸聯動工具機過程中想到的，不過因為當時沒有客戶提出如此苛刻的要求，並且單獨一個夾具的改善如果不結合其它技術，也無助於加工變形控制，所以最後還是轉為了技術儲備……」
雖然介紹的非常完整，但並沒有完全說服魏永明：
「你說浮動裝夾加工可以在保證加工基準的同時充分釋放變形，但目前的「N-2-1」定位方法是要求零件在整個加工過程中位置和形狀保持不變，這二者之間顯然存在衝突。」
「另外，傳統定位方法為了保持工件的穩定性會將定位點之間的距離設置儘可能遠，對於浮動裝夾加工，定位點之間的距離太遠會限制變形的釋放，而定位點之間距離過近又會導致零件失穩，你準備具體如何操作？」
而楊衛華既然敢說出口，對於這種問題顯然早有考慮：
「把工件劃分為固定裝夾區和浮動裝夾區即可。」
「固定裝夾區通過三個固定裝夾單元限制工件的6個自由度，保證加工基準，其餘區域都是浮動裝夾區，通過多個浮動裝夾單元輔助定位，在工件釋放變形之後調整浮動裝夾單元以適應工件變形後的位姿，並在變形狀態下再次輔助定位工件……」
「至於固定裝夾區的計算，可以根據加工動態特徵信息模型計算工件的中間狀態質心，保證固定裝夾區能在釋放變形過程中包絡質心即可。」
所謂加工動態特徵信息模型，是火炬-C.B.法拉利公司以常浩南最早提供的數字仿真技術為基礎，面向用戶端提供的資料庫類型服務。
可以把複雜的中間狀態幾何轉化為多個簡單層的迭加。
結合硬體層面全直線電機驅動機和蜂窩結構專利，對於一些產品規格相對標準（有明確的槽、筋、孔和輪廓），但精度要求較高的用戶而言，有著極高的吸引力。
主要體現在加工效率幾乎成倍領先於競爭對手。
當然，也確實如楊衛華所說，能在浮動裝夾領域發揮作用。
「那如果加工對象是非典型的、質心分布不夠集中的產品呢？」
魏永明作為工控系統的實際負責人，尤其是在明知自家領導是要加工什麼的情況下，自然要提前予以考慮：
「就比如渦輪機的風扇葉片，加工過程中的質心變化幅度很大，靠人工確定固定裝夾區域……恐怕是不可能實現的吧？」
這個問題，確實瞄準了楊衛華最薄弱的部分。
後者一時間無法回答。
因此，方才還十分焦灼的氣氛，頓時冷卻了下來。
「這個問題……倒是不難解決。」
直到聽見這麼一句話，魏永明和楊衛華才想起來，常浩南自打剛才開始，好像已經有一段時間沒吱過聲了。
原本以為是在聽他們兩個的爭論。
但現在看來……似乎並非如此。
「衛華同志剛才也說過，三個固定裝夾單元，就可以限制工件的6個自由度，那麼固定裝夾區域的優化，就相當於在儘可能小的區域之內包絡儘可能多的動態質心……而不單單只是計算一個中間狀態，尤其對於質心變化幅度很大的異形零件來說。」
常浩南緩緩開口道：
「所以，對於人工手段無法分析的複雜零件，可以考慮用一些尋優算法來實現，比如把將零件的邊界根據弧長離散為多個點，再設置固定裝夾區域在工件主變形方向的跨度值作為懲罰項……」
「……」
「當然，現有的基礎算法可能不是很適應這類具體問題，但總之是可以在遺傳算法或者差分進化算法的基礎上再繼續優化……」
還沒等魏永明做出反應，本來算是受到鼓勵的楊衛華反倒有些傻眼——
自己先提出來的構想，怎麼常總好像比自己更熟悉的樣子？
(本章完)
搞研究，最忌諱的就是半懂不懂。
因此，儘管心裏面相信常浩南肯定有解決辦法，但楊衛華還是把心中的顧慮給說了出來。
總而言之就是一句話。
會不會有些太複雜了？
「確實複雜。」
常浩南也沒有否定問題的存在，只是點了點頭：
「所以，我們得一點點來……首先，對於尺寸不是特別大的工件而言，銑削力作為造成薄壁發生彈性變形的最直接因素，所以第一步，我們可以從微觀銑削力建模開始……」
之所以選擇這種研究路徑，倒不完全是出於從易到難的考慮。
還有一部分原因是，AE1500的風扇葉片，就恰好滿足這個「尺寸不特別大」的要求。
所以，在取得成果之後，就能馬上投入驗證。
而魏永明也在這個時候繼續道：
「如果只研究剪切作用的話，那就有現成的數學模型，可以在二階阻尼系統下，建立合成電流與剪切力之間的數學關係……就算是面對多軸聯動加工的情況，也只需要增加一個多向進給軸之間的耦合作用，來消除電機在提供速度改變扭矩時對測量結構的影響……」
「基本思路確實是沒錯，不過……倒也沒有這麼簡單。」
常浩南回過頭，隨手拿起油性筆，在身後的白板上畫了個圓柱體——
經過這麼多年的鍛鍊，他的畫功也已經比早年間有了飛躍式的進步。
至少，大家都能看出這是個圓柱體……
「在微細銑削加工中，刀具在切削過程中產生的切削力不能簡單等同於剪切力，實際上還應該包括犁切力……」
常浩南一邊說，一邊在代表刀具路徑的地方畫了個受力分析：
「所以，銑削力模型在任意一個方向上的的基本表達式應該是……」
【dFj=[Kts·hj(θ)+Ktp]dz】
「其中Kts和Ktp分別代表對應方向的剪切力和犁切力係數……」
「……」
雖然說是第一步，但僅僅考慮銑削力本身，以及由銑削力和安裝誤差所導致的刀具偏心量，就已經讓整個系統變得非常複雜。
再加上常浩南幾乎是靠一支筆在干講。
搞工程出身的楊衛華已經有點跟不上節奏了。
不過，這並非因為常浩南在剛開始就用了什麼精深的理論。
只是推導過程確實過於繁雜了一些。
記下來回去多看幾遍，總歸還是能跟上思路。
好在，理論功底不錯的魏永明很快接上了思路：
「測量銑削力所需要的各項傳感器，在MS系列加工中心上面倒是都有……如果以MS45T三軸CNC加工中心為基礎，那只需要修改工具機系統，就可以實現通過數字自適應切削參數控制切削力，從而補償切削過程中刀具端產生的干擾，防止過度磨損，並且保持較高的切屑去除率……」
「但落實到具體的加工過程……如果想要通過刀具位置偏差直接確定加工量的誤差，那就必須保證裝夾過程對工件產生的影響小到可以忽略……」
這次，還沒等常浩南開口，剛剛一直低頭奮筆疾書的楊衛華就突然抬起頭：
「關於這個問題，我這倒是有相對成熟的解決方案……」
常浩南原本的打算是，考慮到裝夾形變量基本發生在夾具釋放之後的一小段時間內，因此把裝夾引發的形變量獨立出去，利用基於應力場構建的變形預測法進行控制。
但突然聽到有人這麼說，他也頓時就來了興趣。
「仔細說說？」
作為業內有一定名望的技術人員，剛才那一段差點被繞懵的過程對於楊衛華來說絕對不算什麼好的體驗。
而現在，終於到了他所擅長的部分了。
「簡單來說，就是在裝夾裝置中嵌入壓力傳感器，實時監測由於殘餘應力變化引起工件和裝夾裝置之間的作用力變化，當夾緊作用力達到一定閾值時即鬆開裝夾，釋放工件變形……」
「……」
「比如對於葉片一類的工件，可以在中間設置三個固定裝夾單元完全定位工件，以保證加工基準，而周圍的浮動裝夾單元和輔助支撐單元則能夠保證變形釋放並重新裝夾……這樣一方面儘可能減小形變量，另一方面也可以在一定程度上預測到形變程度。」
說話間，他還從筆記本上撕下一頁紙，畫出了自己這個思路的示意圖。
「這個裝夾方式，是我在研發MS75T五軸聯動工具機過程中想到的，不過因為當時沒有客戶提出如此苛刻的要求，並且單獨一個夾具的改善如果不結合其它技術，也無助於加工變形控制，所以最後還是轉為了技術儲備……」
雖然介紹的非常完整，但並沒有完全說服魏永明：
「你說浮動裝夾加工可以在保證加工基準的同時充分釋放變形，但目前的「N-2-1」定位方法是要求零件在整個加工過程中位置和形狀保持不變，這二者之間顯然存在衝突。」
「另外，傳統定位方法為了保持工件的穩定性會將定位點之間的距離設置儘可能遠，對於浮動裝夾加工，定位點之間的距離太遠會限制變形的釋放，而定位點之間距離過近又會導致零件失穩，你準備具體如何操作？」
而楊衛華既然敢說出口，對於這種問題顯然早有考慮：
「把工件劃分為固定裝夾區和浮動裝夾區即可。」
「固定裝夾區通過三個固定裝夾單元限制工件的6個自由度，保證加工基準，其餘區域都是浮動裝夾區，通過多個浮動裝夾單元輔助定位，在工件釋放變形之後調整浮動裝夾單元以適應工件變形後的位姿，並在變形狀態下再次輔助定位工件……」
「至於固定裝夾區的計算，可以根據加工動態特徵信息模型計算工件的中間狀態質心，保證固定裝夾區能在釋放變形過程中包絡質心即可。」
所謂加工動態特徵信息模型，是火炬-C.B.法拉利公司以常浩南最早提供的數字仿真技術為基礎，面向用戶端提供的資料庫類型服務。
可以把複雜的中間狀態幾何轉化為多個簡單層的迭加。
結合硬體層面全直線電機驅動機和蜂窩結構專利，對於一些產品規格相對標準（有明確的槽、筋、孔和輪廓），但精度要求較高的用戶而言，有著極高的吸引力。
主要體現在加工效率幾乎成倍領先於競爭對手。
當然，也確實如楊衛華所說，能在浮動裝夾領域發揮作用。
「那如果加工對象是非典型的、質心分布不夠集中的產品呢？」
魏永明作為工控系統的實際負責人，尤其是在明知自家領導是要加工什麼的情況下，自然要提前予以考慮：
「就比如渦輪機的風扇葉片，加工過程中的質心變化幅度很大，靠人工確定固定裝夾區域……恐怕是不可能實現的吧？」
這個問題，確實瞄準了楊衛華最薄弱的部分。
後者一時間無法回答。
因此，方才還十分焦灼的氣氛，頓時冷卻了下來。
「這個問題……倒是不難解決。」
直到聽見這麼一句話，魏永明和楊衛華才想起來，常浩南自打剛才開始，好像已經有一段時間沒吱過聲了。
原本以為是在聽他們兩個的爭論。
但現在看來……似乎並非如此。
「衛華同志剛才也說過，三個固定裝夾單元，就可以限制工件的6個自由度，那麼固定裝夾區域的優化，就相當於在儘可能小的區域之內包絡儘可能多的動態質心……而不單單只是計算一個中間狀態，尤其對於質心變化幅度很大的異形零件來說。」
常浩南緩緩開口道：
「所以，對於人工手段無法分析的複雜零件，可以考慮用一些尋優算法來實現，比如把將零件的邊界根據弧長離散為多個點，再設置固定裝夾區域在工件主變形方向的跨度值作為懲罰項……」
「……」
「當然，現有的基礎算法可能不是很適應這類具體問題，但總之是可以在遺傳算法或者差分進化算法的基礎上再繼續優化……」
還沒等魏永明做出反應，本來算是受到鼓勵的楊衛華反倒有些傻眼——
自己先提出來的構想，怎麼常總好像比自己更熟悉的樣子？
(本章完)