关键词： 特种加工   教学策略   创新型实验  

摘要： 针对本科生《特种加工》实验教学的特点,采用循序渐进的教学策略,既注重基础知识的理解和运用,又充分调动学生学习的主观能动性,鼓励学生设计创新型实验方案,突显学生学习的主体地位,取得了较好的教学效果。

关键词： 工程陶瓷   电火花加工   模糊控制   神经网络  

摘要： 在工程陶瓷电火花加工过程中,电参数与表面粗糙度之间具有高度的非线性关系,很难在两者之间建立精确的数学模型来预测其加工效果。针对这一问题,提出了将模糊控制理论和神经网络技术相融合的智能控制方法,采用多个输入单输出的模糊控制神经网络结构,建立了工程陶瓷碳化硼电火花加工的数学模型来预测其工艺效果。该模型能够很好地反映出电参数与表面粗糙度之间的非线性关系。通过实验值与网络模型的预测值之间的比较,验证了该模型具有较高的预测精度,证实了模型的可靠性和有效性。

关键词： 激光加工   匙孔监控   三维数值仿真   图像变化特征  

摘要： 激光加工广泛应用于航空航天工业和汽车工业，尤其是激光焊接和激光打孔技术。当激光聚焦到工件表面时，激光和材料作用的界面会有强烈的熔化和蒸发现象，并且在激光光斑光斑会形成一个孔，这个孔被称为“匙孔”。匙孔是由蒸汽压和表面张力的动态平衡产生的。匙孔形成后，激光在匙孔中多次反射，从而促进了激光的吸收。匙孔的状态对最后的加工质量有重要影响，加工过程中常见的气孔和裂纹的形成也都与匙孔的动态过程有关。所以研究匙孔的动态过程有重要意义。\n 匙孔只有在加工过程中出现，当激光关闭后匙孔变消失了。所以只有实时在线监控系统和数值仿真才能有效的研究匙孔的动态过程。本文基于有限体积法开发了三维数值仿真模型。在计算熔池中的流体运动的模型中，考虑了表面张力和马兰哥尼力。该模型还考虑了蒸发层的物理性质跳变。在计算气液边界的时候，虚拟流体方法用来处理物理性质的跳变，而在计算液固边界时，为了简化模型使用了连续模型来处理。到目前为止，实时在线监测系统已经有很多种方案了，在这些方案中同轴视觉系统集成起来方便、成本较低用处最为广泛，并且通过开发不同的算法，同一套视觉系统可以有多种多样的用途。本文使用数值仿真模型和同轴视觉系统研究了两个工业上的问题：在激光全透焊中，开发了激光全透孔检测算法，然后从实验和理论角度研究了激光功率和焊接速度对激光全透孔的影响；在激光打孔过程中，本文开发了打穿检测算法，从实验和理论角度研究了打穿时刻的图像变化特征，开发的打穿检测算法被集成到实际的控制系统中，得到了较高的识别准确率。

关键词： 加工装备   产学合作教育   激光加工   上海市高校   知识服务平台   应用领域   智能制造   人才培养   可再生新能源   工学  

摘要： 上海工程技术大学强调与行业＂协同育人＂,深化校企合作,使产学合作教育逐步实现由＂工学交替＂向＂工学交融＂转变。学校依托＂激光智能加工装备＂领域的学科优势,建立上海市高校知识服务平台＂高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心＂,增强高强激光加工应用领域的实力。

关键词： 多束光合成聚焦   激光加工   三维激光雕刻   三维轮廓点   数据云集  

摘要： 激光雕刻技术，是激光在先进制造技术上的成功运用。与传统雕刻技术相比，激光雕刻技术应用范围广，不受材料的限制，雕刻精度高，雕刻效果一致性好，安全环保。\n 为了提高激光雕刻以及其他类似激光加工技术如激光毛化技术等的加工速度，本文提出了一种多束光合成聚焦的激光加工方法。即用多束激光通过光束偏转装置照射到同一聚焦镜聚焦，从而可以一次完成一个微坑组的加工，加工的速度随光束的数目线性增加。光束偏转由安装在电机上的反射镜实现，因而光束的位置随反射镜的偏转而变动，通过调节反射镜的偏转角可以实现微坑间距的调节。\n 本文还提出了一种三维激光雕刻方法，该方法将激光分层雕刻方法与层内变深度雕刻方法结合起来，利用三维建模软件得到待雕刻三维轮廓表面模型或者通过扫描得到三维轮廓点的数据云集，然后将模型切片分层之后再把每一层都转换为灰度图，每个灰度图像素点对应一个激光输出点，灰度值的大小与激光能量输出相对应。与单一的分层雕刻相比，该方法可以实现在相同的加工速度下提高加工精度以及在相同的加工精度要求下提高加工速度的目标。还能通过合适的参数设置同时提高雕刻速度与雕刻精度。\n 针对上述提出的激光加工方法设计了一套实验系统，该实验系统可以同时实现上述加工方法，利用该实验系统进行了大量的实验，验证了上述加工方法的可行性及其所具备的优势。\n 本文针对实际应用，提出了多束光合成聚焦激光加工方法，提高了激光加工速度，提出了实际可行三维激光雕刻方法，实现了高速高精度的三维激光雕刻并通过研发实验系统并进行大量实验验证了本文所提加工方法切实可靠，具有实际应用前景。

关键词： 含能材料   飞秒激光   微细加工   功率密度   脉冲宽度  

摘要： 超短脉冲激光经过透镜聚焦可以实现超强的功率密度（1020～1022 W/cm2），可对任何材料实现无热传递的微细加工，其与物质相互作用的物理机制是多光子非线性吸收。本文利用飞秒激光超高的功率密度及超短的脉冲宽度，从理论和实验两方面进行了飞秒激光加工含能材料的研究。主要内容分为以下几个方面。\n 1.综述了激光在与含能材料相互作用过程中表现出的鲜明的两面性:既可以集中激光能量实现激光点火、激光引爆来触发含能材料的燃烧及爆轰，也可以通过精确控制激光的脉宽、能流密度、烧蚀时间等参数实现对含能材料的精细加工。通过讨论总结激光点火与加工含能材料这两方面国内外的相关研究结果，明确了激光对含能材料作用的机理及其关键参数。针对国内外激光加工含能材料研究结果的总结，对于飞秒激光加工含能材料的实验及理论研究有重要意义。\n 2.利用飞秒实验室的飞秒激光系统及微加工平台，搭建了飞秒激光加工含能材料的光路;针对应用飞秒激光加工含能材料的安全问题，通过爆轰物理学理论计算了3 gTNT的爆炸超压，结合飞秒激光加工光路系统的特点，设计了飞秒激光加工含能材料的安全防护装置，给出了防护装置的材料、结构和尺寸;通过飞秒激光加工含能材料硬脂酸镁的实验研究，证实了飞秒激光可以安全地对含能材料进行精细的加工，初步得出了加工过程中激光功率与刻线宽度的关系。\n 3.进行了飞秒激光加工含能材料的理论探究。使用已有的冲击压强理论及其计算方法，在明确含能材料基本都是介质材料的前提下，计算了飞秒激光烧蚀硅靶和玻璃靶这两种介质靶材的冲击压强，并通过计算光压，再参照爆轰物理学中空气冲击波阵面的相关参数对计算结果做了修订。发现飞秒激光烧蚀硅靶和玻璃靶时产生的冲击压强都随时间延迟而减小，最大时的数量级都至少是109 Pa.此方法可用于计算飞秒激光脉冲加工含能材料时的冲击压强。\n 4.对以后的研究工作进行了展望。

关键词： 二氧化碳激光器   机械调Q   激光加工   脉冲参数  

摘要： 激光调Q技术是实现激光以脉冲方式输出，提高峰值功率的主要途径。它在许多应用领域都有具有重要应有，特别是在激光加工，可以有效减少在加工过程中的热效应的影响。虽然激光调Q在理论和技术上都已发展得非常成熟，所采用的调Q开关通常是采用电光晶体或声光晶体来进行，而这些晶体主要是用在紫外到近红外区，但是由于二氧化碳激光器的输出波长位于中红外区（波长为10.6μm），目前在中红外区还没有合适成熟的调Q晶体。因此，本论文提出采用机械调Q的方法，通过自己搭建的实验装置对二氧化碳激光器进行了机械调Q的实验，通过对不同材料的打孔实验对比了调Q前后激光加工效果。\n 本文提出的机械调Q是通过在激光器谐振腔中加入一个由两个相同的凸透镜组成的望远镜系统，利用它把通过谐振腔的光束在共焦处会聚成为一个半径极小的光斑，用一个与高速电机相连接的斩波片作为Q开关是实现的。当斩波片转到叶片位置时，光路关闭，整个装置没有激光输出，当斩波片转到狭缝位置时，光路打开，输出高峰值功率窄脉宽的调Q脉冲激光。通过功率计测量、公式计算以及模拟仿真得到了实验产生的激光脉冲的参数。经过开20道狭缝的斩波片调Q后，二氧化碳激光器输出峰值功率为2kW，脉冲宽度为300ns，重复频率为1600Hz，平均功率为11.47W的脉冲激光。实验结果表明:提高重复频率和斩波片狭缝处的光斑半径即望远镜系统的聚焦光斑半径可以有效的提高输出激光的平均功率与峰值功率。通过自己设计的加工时间可控的加工时间控制器与加工聚焦系统利用调Q后的激光对木材、高密度泡沫板、PVC材料、铜版纸、压缩板进行了激光打孔的加工实验。利用700倍电子显微镜观测调Q前后的加工效果，可以明显的观察到平均功率相同的激光经过斩波片调Q后加工的材料的热影响区显著的变小了。

关键词： 串联机械手   运动学算法   软件仿真   激光加工  

摘要： 机械手广泛应用在工业、医疗业和汽车制造业等领域，六关节串联机械手属于机械手中最典型的一种结构。目前在激光加工技术中，六关节串联机械手能够实现加工件三维的切割和焊接。本论文以激光加工技术为背景，对机械手的运动学做出了详细的分析求解，最终做出可视化机械手运动学仿真软件。本软件能避免制造中误加工带来的风险，也能作为示教使用。本文主要研究了：\n (1)阐述了机器人技术在工业及生活中的广泛应用，分析机械手仿真技术的背景及现阶段的发展趋势。针对目前市场上仿真软件中存在的一些问题以及机械手在激光加工技术中的应用，提出了本仿真软件开发的重要意义。\n (2)对激光加工中六关节串联机械手CNC2000的实物具体分析，针对仿真技术中图像显示的技术设计了两种不同的几何建模方案并分别编码实现，做出了机械手和加工场景的几何模型。分析了两种方案各自的特点，结合本次课题的背景选择了最为适合的几何建模方案。\n (3)对机械手的运动行为建立了数学分析模型，求解了机械手运动过程中的正运算和逆运算。以求解的结果驱动机械手的几何模型运动，从而实现了机械手加工轨迹的生成从而达到机械手运动轨迹仿真的效果。利用运动过程中的特殊位姿的软件显示，验证了运动学正运算和逆运算的正确性。\n (4)分析并设计了软件的总体结构，对软件中的各个功能模块逐一编码实现并调试运行。利用MFC应用程序框架制作出交互性良好的显示界面，阐述了软件的功能及简单的操作方法。最后利用本软件仿真了一个激光加工的实例，验证了软件的仿真效果能够达到预期的目标。

关键词： 电火花加工机床   进给系统   热特性   结构特性  

摘要： 为了满足航空航天和国防用关键零部件高强、高刚、高精的要求，国内外学者研发并制造了多种新型材料。针对以上新型材料，采用传统的加工设备对其进行加工时，存在加工困难、加工效率和加工精度低等问题，为此，特种加工技术，尤其是电火花加工得到了进一步发展和应用。电火花加工机床的优势在于:可用以加工特殊或形状复杂的表面和零件;适合任何难切削材料的加工;工具与工件不接触，作用力极小;直接使用电能加工，便于实现自动化。\n 电火花加工机床应用领域敏感，往往以牺牲加工效率来保证加工精度。分析表明Z向进给系统热误差是影响机床加工精度的主要因素。为了探究Z向进给系统温度场和热变形变化情况，以北京市电加工研究所研制的某型号电火花加工机床Z向进给系统为对象，对其热-结构耦合特性展开研究，主要工作概述为以下几个方面:\n (1)对影响机床热特性的因素及其国内外的研究现状进行阐述，通过实际测量揭示电火花加工机床Z向进给系统和外界环境温度的变化，阐释Z向进给系统热特性研究的必要性。\n (2)对传热学基本理论进行了概述，推导了导热微分方程和对流换热微分方程组，为一维和二维热传导模型的建立提供理论依据;此外，介绍了温度场和热应力的有限元模型。\n (3)在分析、计算热源和对流换热条件的基础上，应用ANSYS Workbench软件对滚珠丝杠副和导轨副分别进行了不同外界环境温度、不同转速或进给速度、不同载荷下的热-结构耦合特性分析;建立了一维和二维导热模型和垂直导轨的力学模，为Z向进给系统整体热分析提供了理论支持。\n (4)对Z向进给系统进行仿真热分析，发现其温度场和热变形区别于滚珠丝杠副和导轨副单独作用时的温度场和热变形;通过试验测量验证了有限元分析的准确性，并通过有限元方法对热敏感点进行了优选;最后应用多元线性回归法对整体进行热误差建模。

关键词： 三轴联动   微型   电火花   加工  

摘要： 三轴联动微型电火花加工机床与传统加工技术要比,具有对加工材料适应性强,适合复杂微小的三维结构加工,此外体积小、携带方便,更适合用于小孔和任意形状加工等优点。