基于SolidWorks二次开发的铣齿刀盘参数化建模系统

为缩短标准模块化零件制造工艺的设计时间,基于VB.Net对SolidWorks进行二次开发,建立铣齿刀盘的参数建模系统。以参数化设计原理为指导,分别对齿轮齿廓参数和铣齿刀盘结构参数进行分析;设置相应的功能操作来实现系统的自动建模目标;通过输入零件模型的具体参数,使用所开发的系统对其进行建模。结果表明:该系统能够完成齿轮及铣齿刀盘的参数化设计,生成的零件符合要求。

磨齿五轴运动多项式系数敏感性分析

成形磨齿时,优化五轴(X,Y,Z,C,A)附加运动的高次多项式系数可以修正齿面误差,但迭代计算量大,优化结果不稳定,很难应用于实际加工。为简化附加运动模型,并为后续设计高效高精度的齿面误差修正策略提供理论依据,对磨齿五轴运动多项式系数进行了敏感性分析。首先,建立了五轴磨齿系统的数学模型;将各轴运动表示为6次多项式曲线,并推导出五轴磨削运动时砂轮与工件的动态接触条件;其次,根据砂轮基本信息与动态接触条件,得出实际加工包络面,进而获得齿面偏差信息,并给出齿面精度评价方法;最后,采用SOBOL全局敏感性分析法进行了五轴运动多项式各项系数对齿面误差影响的敏感性分析。实例中绘制了一阶敏感性系数S i和总体敏感性系数S Ti的柱状图,并根据各系数对各精度指标的影响大小进行了排序。结果表明,对齿面误差影响的主要系数为二次及以下项系数;对于齿形倾斜误差fhα和齿向倾斜误差fhβ,各系数的影响相互独立,利于修正;修正fhα和fhβ的关键运动轴分别为Y、C、X轴和Y、C、Z轴。

基于Petri网和Banker’s algorithm的数字孪生车间死锁判断方法

车间生产流程中资源分配或工序安排不合理会使生产流程出现死锁现象,导致无法继续生产,大大降低车间生产效率。为解决上述问题,综合Petri网和Banker’s algorithm理论将车间死锁的形成条件分为互斥等待、占有等待、循环等待和不可剥夺4种,并以这4种条件为基础,将死锁分为资源分配死锁、进程顺序死锁、协作对象死锁和动态资源死锁的4种不同表现形式。基于Banker’s algorithm判断死锁存在、基于改进时间可达性分析法确定车间死锁发生的具体位置,建立不同死锁表现形式下的死锁恢复策略,采用Tina和Unity 3D等软件将该方法集成到车间数字孪生系统中,实现车间流程死锁监测和预测功能。最后以某精密冲压车间零件生产过程为例进行了验证,结果表明该方法能有效实现生产流程实时监控和高效预测。

基于多松弛时间格子玻尔兹曼方法的矩形腔静压转台流动及沉淀物影响分析

针对矩形油腔的静压转台,利用多松弛时间参数的格子玻尔兹曼方法对油液在油腔内的流动进行了分析,讨论了进油口位置、沉淀物位置及沉淀物大小对液压油的流动及流速分布的影响。结果表明:进油口位置偏离中心将引起较大的速度起伏波动,而由于杂质或氧化物形成的沉淀物,干扰了液压油的正常流动,当沉淀物出现在中心与边缘的中间位置时,对形成的主涡以及速度分布具有显著影响。沉淀物的大小阻碍了液压油的正常流动,当增至一定程度时,左侧的流动被严重削弱,油液的流动主要集中在沉淀物右侧,且沉淀物的出现间接引起了油腔内部的尺寸突变,进一步引起了速度的波动。上述3个参数虽然还影响了承载能力的变化趋势,但是压力分布的差值较小。

基于改进MLS的铣齿刀具刃形曲线优化

为提高成形铣齿加工齿轮的齿廓形状精度,从刀具刃形曲线的设计角度入手,提出一种新的改进移动最小二乘法(MLS),以此来设计刀具的刃形曲线,并通过数值仿真和具体实验验证所提方法的正确性。首先,基于成形铣削加工机理,获取刀具理论廓形的数据点;其次,分别采用所提新方法和传统刀具刃形曲线设计方法对数据进行处理,利用MATLAB实现刀具刃形的拟合结果,并得到铣削齿廓余量偏差的整体水平;最后,以圆柱内齿轮加工为例进行实验验证,得到不同刀具加工齿轮之后的齿廓形状,并与理论模型进行对比。结果表明所提方法有效、可行,能够提高成形铣齿刀具刃形曲线的拟合精度,减少齿轮铣削加工之后的齿廓形状偏差。

100t钢包内混匀时间的水模拟研究

对天津钢管公司100t钢包吹氩搅拌进行水模拟实验，研究钢液在不同吹氩方式和吹氩流量下的最佳混匀时间。通过实验，发现原型钢包吹氩位置和吹氩流量不尽合理，实验后确定合理的吹氩参数是：将吹氩孔设在钢包半径的2／3或0．618处；两吹氩孔间夹角为135°；吹氩流量为150—200L/h（即实际流量为100～130L/min）。

液压支架疲劳寿命近似估算

针对常规的液压支架寿命近似分析方法需对危险点进行循环加载和获取,导致计算机负载增加的问题,提出了一种基于遗传算法与BP神经网络的寿命估算模型。利用遗传算法的全局搜索性优化BP神经网络,使其不易陷入局部最小点;利用优化后的BP神经网络建立危险点结构参量到疲劳寿命的网络映射模型。针对样本容量和隐含层节点数进行了测试,测试结果表明,样本容量为40、隐含层节点数为7时,模型估算精度较高;液压支架平均寿命估算值为36 456次,与理论值的最大相对误差为5.27%。

两流板坯连铸中间包控流装置的优化

在相似理论的基础上,按照1∶3的比例建立了"两流板坯连铸中间包"水力学模型,通过挡墙与挡坝不同高度及位置的组合来优化中间包的内部结构并确定出最佳设计方案。试验结果表明:优化后能将原型中间包的滞止时间由83 s延长到97 s,平均停留时间由296 s延长到432 s,死区由46%减小到21%,电导率微观波动值由0.04 ms/cm降低到0.025 ms/cm以内。

五轴数控成形磨齿机几何误差-齿面误差模型及关键误差识别

为了揭示成形磨齿机床几何误差与齿面误差间的定量映射规律,识别影响磨齿精度的关键几何误差,提出一种结合几何误差-齿面误差模型与Morris全局敏感性分析的关键误差识别方法。针对五轴数控成形磨齿机,首先运用齐次变换矩阵建立刀具空间误差模型,并基于共轭磨削原理构建几何误差-齿面误差模型;然后采用Morris全局敏感性分析法量化误差敏感性,识别出关键误差和敏感部件;最后通过关键误差修正仿真和补偿加工实验进行有效性检验。结果表明,该方法能够有效识别磨齿关键误差,而且优于基于刀具空间误差模型的现有识别方法,可为后续敏感部件的精度强化和关键误差精确补偿提供可靠的理论依据,并高效提升磨齿精度。

机床几何位姿误差对强力刮齿加工精度的影响及修正

为减小机床几何位姿误差对强力刮齿加工精度的影响,分析了刮齿法向轮廓误差对各项几何位姿误差的敏感性,并给出了误差修正方法。基于齐次坐标变换理论,根据机床结构建立含误差的机床运动传递链。由刮齿加工成形原理,建立含误差的齿面方程及几何位姿误差与齿面法向轮廓误差的映射关系,分析法向轮廓误差对各项几何位姿误差的敏感性,得到敏感误差项。提出一种实际逆向运动学方法求解刮齿加工成形函数,从而获得误差修正后的数控代码解析表达式。以圆柱内齿轮刮削为例,仿真切削并分析了几何位姿误差修正前后的法向轮廓精度,结果表明所提方法可有效修正机床几何位姿误差导致的加工误差,提高刮齿加工精度。

五轴加工中奇异问题分析及优化方法

五轴加工中旋转轴的运动会造成加工奇异问题,影响零件表面加工质量。以摆头/转台回转型五轴机床为例,通过分析相邻刀轴矢量间运动与实际加工中刀具运动路线的非线性误差,得出旋转变化率为影响五轴加工奇异问题的主要因素。笔者基于旋转变化率提出一种奇异问题优化方法:通过控制旋转变化率对刀轴矢量进行调整,从而有效避免五轴加工中的奇异问题。以叶轮流道为案例,运用该优化方法对加工表面进行实验,验证旋转变化率取值对奇异问题的影响,证明该奇异问题优化方法的可行性。

剐齿加工几何位姿误差补偿系统的开发

针对数控剐齿机床制造和装配过程中产生的几何误差,开发出自动生成几何位姿误差补偿代码的系统。首先,基于剐齿加工原理和齐次坐标变换理论建立机床运动传动链,得到剐齿加工成形函数。然后,通过实际逆向运动学误差补偿方法对成形函数进行求解。最后,分析软件所需功能模块,在Qt跨平台开发框架下进行人机界面设计,使用C++编程语言编写程序,开发剐齿加工几何位姿误差补偿系统。该系统可实现刀具参数计算、工件参数计算以及几何位姿误差补偿G代码的自动生成。通过VERICUT模拟加工,验证了该系统的正确性,结果表明补偿后齿轮精度得到了提升。本系统的开发为实现剐齿几何误差自动补偿提供了理论和实践基础。

基于球头刀具的螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划

为解决螺旋锥齿轮在五轴数控机床上因额外的两个旋转轴而造成轨迹复杂、人工倒棱效率低且无法保证加工质量的问题,针对螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划进行了研究。首先计算出螺旋锥齿轮齿廓线方程,在验证方程的准确性后获取齿廓线的目标离散点。其次,根据坐标转换原理计算出坐标变换矩阵,并依据球头刀的倒棱位姿计算出刀轴矢量。然后,对获得的刀具轨迹进行MATLAB和VERICUT倒棱仿真,分析不同加工深度下的倒棱结果。最后得出五轴数控机床下的倒棱轨迹,切削仿真结果表明加工表面相对均匀,能够实现齿廓在数控机床上的倒棱,替代人工倒棱并提高加工效率。

滚刀几何误差对齿轮精度映射关系分析

基于滚齿加工原理和齿面拓扑结构,在Vericut中建立滚齿加工仿真模型。根据滚刀装配结构,对滚刀安装角度误差、相位角误差、滚刀主轴倾斜、径向偏移误差、切向窜动误差进行定值分析,研究其误差与被加工齿轮齿面映射关系。进一步分析角度误差与位移误差对齿廓法向误差的敏感性,结果表明滚刀主轴倾斜误差对齿廓影响最大,切向窜动误差次之。最后进行滚齿加工试验,对试验加工后的齿轮进行精度检测,得出在实际加工中齿轮齿廓倾斜严重,基于分析结果进行误差溯源,从而对调整机床中滚刀安装精度及实际加工做出有效的理论指导。

永安高架桥80m跨段在老桥上的高支模基础设计与施工

某高架桥最长一跨80m跨下存在一严重老化的待拆老桥,无法在其上直接搭设梁体施工用满堂式支架。笔者提出在老桥中线桥墩盖梁处施做钢筋混凝土地基梁,其上架设加强型贝雷梁片和工字钢,再搭设满堂支架的解决方案。实施结果表明该支架系统在使用期间安全可靠,顺利保障了旧桥和桥梁支架系统的安全。

板坯连铸结晶器内液面波动的水模型研究

以某厂板坯连铸结晶器为原型,采用1:1的水模型进行试验,以瞬时波高为判断依据,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构等工艺参数对板坯结晶器内流场和液面波动行为的影响。提出了优化结晶器流场的工艺参数,为在实际生产中减少结晶器内卷渣提供了依据。结果表明:拉速对板坯连铸结晶器内液面波动的影响最大,水口倾角次之;各工艺参数之间对结晶器内部流场的影响是相互制约的;提高拉速时,应适当增大水口浸入深度来控制液面波动以避免卷渣。

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。

板坯连铸新型浸入式水口研究

采用1∶1水力学模拟方法研究了板坯连铸结晶器内流场,探讨了双侧4孔水口出口方向对结晶器内液面波动、表面流速和注流冲击深度的影响趋势,得到了双侧4孔水口出口方向对板坯连铸结晶器内流场的影响规律。研究结果表明:4个孔都向下(α<β,α与β都向下)的双侧4孔水口的方案较优,此水口的冲击深度低,液面波动小,表面流速适中,比普通双侧孔水口效果好。

45t钢包底吹氩钢液流动的水模拟研究

以国内某钢厂45t钢包为研究对象,在相似原理的基础上建立了钢包吹氩水模型(模型与原型的几何比为1∶2.5),研究了吹氩孔的位置和吹氩流量对钢液混匀特性的影响。实验发现:无论是单孔吹氩还是双孔吹氩都存在一个临界流量,在临界流量时钢液混匀特性最好。其中对于单孔吹氩工艺,吹氩位置在距离钢包底部中心0.5R(钢包底半径)处较合理,模型临界流量为0.35m3/h;对于双孔吹氩工艺,两孔位置在0.5R、角度为45°较理想,模型临界流量为0.40m3/h。工业试验表明,改进后的吹氩方案在降低总氧和夹杂物方面均优于改进前的吹氩方案。

合金钢中镁铝尖晶石夹杂物生成与转化热力学

通过FactSage 6.0热力学软件计算,研究了合金钢中镁铝尖晶石(MgO.Al2O3)形成和向低熔点复合夹杂物转化的热力学条件,以及钙处理对钢液成分和夹杂物成分的影响.研究结果表明:钢中生成镁铝尖晶石夹杂物需要镁的含量较低;当钢液中溶解钙的质量分数为1×10-6时,镁铝尖晶石会转化变成液态的复合夹杂物;随着钙加入量的增加,液态复合夹杂物中Al2O3和MgO的含量继续降低,CaO的含量继续增加,SiO2的含量较低,基本保持不变;随着钙加入量的增加,钢液中的氧含量会降低,镁含量增加.