锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

基于傅里叶变换与统计检验的圆度误差分离技术研究

采用傅里叶变换及数理统计假设检验的方法对圆度误差进行分离。针对圆轮廓的高精度测量数据,通过最小区域法拟合圆心。应用傅里叶变换将圆轮廓信号转换成谐波信号,从理想圆轮廓模型出发,逐步添加傅里叶分量,迭代过程中通过偏F检验构造包含未知系统形状误差的主导性模型。通过自相关法检验、卡方检验及J-B检验获取残余的显著性傅里叶分量,进一步构建显著性模型,实现圆度误差中系统误差的分离。通过数控加工16个圆孔的实验数据分析,证明了该方法可以对圆度误差进行有效分离。

基于fminimax优化函数的圆度误差评定

依据圆度误差标注代号和附加符号的含义,基于最小外接法、最大内切法和最小区域法分别建立了参考圆的圆心坐标优化目标函数和圆度误差评定模型,采用MATLAB软件编写了参考圆的圆心坐标优化目标函数子程序和圆度误差评定子程序,给出了圆度误差评定中fminimax优化函数调用方法。用Talyrond 585LT圆柱度测量仪对三个试样的圆周轮廓进行了提取,基于最小二乘法、最小外接法、最大内切法和最小区域法对提取的圆周轮廓分别进行了圆度误差评定。研究了优化搜索范围对圆度误差评定结果的影响,并将fminimax优化函数圆度误差评定的优化符合度与其他优化方法圆度误差评定的优化符合度进行了比较。fminimax优化函数的应用结果表明,评定结果精度高于或等于其他优化方法评定结果的精度,可满足圆度误差评定的需要。

数控机床刀具半径补偿算法研究

数控加工技术在装备制造领域应用越来越广泛,刀具半径补偿是数控系统一个基本功能,广泛应用于简化数控加工程序编制、减少编程计算量等。采用矢量算法实现刀具半径补偿后刀具中心轨迹计算,并对插入型过渡方式刀具路线进行优化,减少空行程。仿真测试表明,算法能够准确完成刀补后刀具中心轨迹的计算,且空行程少,加工效率高。

工业机器人奇异规避轨迹规划方法

针对激光追踪仪测量工业机器人定位误差测量中出现的六轴机器人运动学奇异问题,提出了奇异区域预测及实时优化的奇异规避轨迹规划方法。以国产配天AIR50-A机器人为研究对象,建立六自由度串联机器人运动学模型,解算机器人笛卡尔空间与关节空间映射关系。基于雅克比矩阵与奇异位形的关系模型,分析和预测机器人运动轨迹中存在的奇异区域。当机器人末端处于奇异区域或奇异预测域时,记录初始关节角序列作为奇异区域轨迹规划输入,利用五次多项式插值方法迭代更新奇异区域内的轨迹路径,机器人既定的运动路径与更新后的奇异规避路径结合形成机器人新的规划轨迹路径,保证机器人关节角运动学参数连续性的同时,规避奇异区域。实验结果表明,提出的奇异预测域及实时优化的奇异规避轨迹规划方法,能够抑制机械臂奇异区域附近关节角速度的激变,减少奇异位形对机器人运动性能的影响。

航空发动机风扇叶轮机器人自动化定量去除方法

航空发动机风扇叶轮动平衡差会引起发动机内部轴承及叶片等零部件的损坏,导致发动机振动,整体性能下降。针对某航空发动机风扇叶轮的动平衡定点定量去除加工要求,提出了一种多传感器融合的自动化加工方法。该方法基于六自由度机器人系统及数控转台,将测量传感器与力学传感器相融合,利用机器人控制技术来实现风扇叶轮的自动化磨抛,并进行理论去除量与实际去除量的对比实验分析。实验结果表明,当磨抛区间>10°时,理论去除量和实际去除量的差值在±1%以内,验证了所提出的预测磨抛区间的准确性与加工方法的可行性。与传统的人工磨抛或复杂昂贵的机床磨抛加工相比,此方法对于航空发动机风扇叶轮定点定量去除具有集成度高、效率高、普及性强等优点,为航空发动机的制造提供有力的技术支撑。

抛丸机叶片瞬时碰撞动力学行为及应用研究

船舶用钢的除锈处理是影响日常维护的关键工艺,而抛丸机叶片磨损断裂是影响除锈设备使用寿命的重要因素。本文叙述了抛丸机叶片磨损断裂形成机制、弹丸碰撞非线性动力行为及撞击侵蚀过程、叶片磨损特性等方面的研究进展,讨论了叶片旋转软化效应下的振动响应与结构特性,分析了叶片材料的晶体取向、元素含量与磨损的关系,根据磨损机理(如摩擦、微切削、疲劳裂纹等)研究了相对应的冲撞侵蚀量化模型,总结了仿真与试验等手段在不同弹丸参数对叶片侵蚀研究中的应用,对抛丸机叶片瞬时碰撞分析技术进行了展望。

基于柔性机构的二维共面精密运动平台设计与实验

基于复合簧片型柔性导向机构设计了一种大行程二维共面精密运动平台,运用材料力学弯矩变形理论分析了平台的刚度和最大行程。在满足材料最大应力约束的条件下,对导向机构进行结构参数设计,加工精密运动平台实验样机,搭建了平面度测量平台。对16mm×16mm行程内运动平面的平面度测量实验分析结果表明,x轴直线度误差为0.08μm,y轴直线度误差为0.11μm,平面度为(0.26±0.12)μm。

薄壁长筒壳体加工工艺和定位工装设计

分析薄壁长筒壳体加工易变形产生的原因,介绍壳体的加工工艺流程,设计两种定位装夹工装,对比两种定位工装的工作原理及使用方法,有效解决了加工过程中的变形问题,使加工精度达到设计要求,提高生产率。

枞树型轮槽加工刀具的设计优化与制造工艺研究

针对大型汽轮机转子轮槽加工中传统拉削和线切割后再铣削存在零件成型轮廓精度低、粗糙度高、刀具寿命短的情况,提出了一种可行的多刀轮槽加工方案。利用NUMROTOplus软件对刀具进行设计,初步验证刀具芯厚、前角等参数的合理性;采用ANSYS软件建立成型铣刀的有限元模型,以半精铣刀为典型案例对切削过程中的受力和受热情况进行分析,对轮槽铣刀结构进行优化;使用NUMROTOplus软件对刀具进行精加工路径规划与仿真模拟验证;通过Saacke UWIF五轴工具磨床完成刀具的试制,对试制后的刀具进行检测及轮槽切削试验。结果表明,该方案可以提高轮槽与刀具的精度与寿命,该工艺方案切实可行。

基于Voronoi的不规则点阵结构建模及其力学性能分析

点阵结构因具有轻质、高孔隙率、高比强度、高能量吸收率等一系列优良力学特性以及减振、吸声、散热等特殊性能而备受关注。在增材制造飞速发展的背景下,点阵结构的不规则设计及可实现性迎来了新的发展期。应用Voronoi原理,利用参数化设计平台Grasshopper设计并构建了种子数分别为10,15,20的三种不规则点阵结构;通过LS-DYNA显式动力学程序进行有限元分析,模拟其压缩过程;对比三种不规则点阵结构的应力、应变及压缩过程中的能量吸收情况,分析其力学性能。仿真分析结果表明,种子数对不规则点阵结构的力学性能有重要影响,在一定限度内,提升种子数可以提高不规则点阵结构的力学性能。

低频轴向振动车削刀柄设计与性能测试

振动车削因车削力小、容易断屑、刀具寿命长、表面粗糙度好等优势得到了广泛应用。针对当前振动车削装置存在的局限性,设计了一款低频轴向振动车削刀柄,采用标准化连接方式与机床进行连接且振幅可以调节,通过分析刀柄的工作原理,测试其性能参数,并对普通车削和振动车削的加工表面形貌进行对比,为振动车削的进一步应用提供指导。

2A10铝合金钉套成型过程有限元分析及其验证

通过Deform有限元分析,研究了不同模具下2A10铝合金钉套底部深孔成型时金属流动情况。根据径向偏移量曲线及行程载荷曲线,有倒圆角凸模模具相较于无倒圆角模具所受最大载荷更小,有效提高了工件的成型质量,延长了模具寿命。分析了不同模具的头部成型过程中的等效应力应变、金属流动及行程载荷。优化的完全倒圆角凸模模具相较于初始凸模模具,头部成型的金属流动性更好,原凸模模具承受载荷更大,更容易使模具损坏。使用优化的凸模模具时,头部成型更加合理,且变形更加均匀。

矩阵模式下高速检测汽轮机叶片

针对汽轮机叶片的结构特点,设计了一种快速、精确的装夹装置,并采用矩阵测量方案,在三坐标测量机检测汽轮机叶片复杂曲面时不仅保证了检测的稳定和精度,也实现了高速、高效检测。

机器人加工误差分析及提高加工精度的方法

机器人本体误差和工具误差最终都传递到工具末端形成加工误差,为提高加工精度,对机器人本体进行各类误差的解耦标定,再标定安装于机器人末端的工具。利用轴旋转法对机器人本体进行标定,并分析初始零位值对机器人几何参数标定精度的影响。采用新MDH法建立运动学模型,对位置和姿态关节进行解耦,利用解析法求取位置关节角,用牛顿迭代法求取姿态关节角。在工具标定时,建立机器人加工装备的数字化模型,利用实际装备与数字化装备的映射一致性,求取工具的安装与制造误差。采用新MDH法可方便设置基坐标系,易于计算初始零位值。实验结果表明,初始零位值补偿后,机器人本体和工具标定后的轨迹精度可以达到0.28mm。

基于某数控系统平面找正程序的开发与应用

以某数控系统为平台对五轴数控工具磨床的触发式测头功能原理、参数编程及数据交互功能进行深入研究,利用C++与MFC编程语言开发了平面找正程序。在国产五轴数控工具磨床(FX-500)上对三种结构类型的刀片进行探测找正,验证了程序的可行性与通用性。结果表明,该平面找正工艺和程序简单易用,在提高找正效率的同时丰富了机床的制造工艺。

基于ANSYS/LS_DYNA的螺旋刀具土壤切削的数值模拟

选择黄棕壤为土壤类型,观察螺旋刀具对土壤的破坏过程,建立了螺旋刀具的实体模型和MAT147(MAT_FHWA_SOIL)的土壤材料模型;借助有限元ANSYS/LS_DYNA(显式非线性动力分析有限元软件)模块,构建了螺旋刀具切削土壤的有限元模型,并进行螺旋刀具切削土壤过程的三维动力学仿真,得出了开沟机螺旋刀具切削土壤功耗的大小和螺旋叶片的等效应力(von Mises stress)的变化规律及其力学特性。

硬质合金立铣刀高速铣削铝合金切削力实验研究

采用试验分析和经验建模相结合的方法对硬质合金立铣刀高速切削铝合金时的切削力及其变化规律进行了研究,重点分析了切削用量对切削力的影响规律。同时通过建立切削力在不同主轴转速下的时频信号间的联系,进一步揭示切削力对切削机理、表面质量和切削效率等的作用规律。建立了基于现场的7075铝合金切削力经验模型,试验结果表明,利用该经验模型对切削力进行预测,结果精确可靠。

难加工材料高速切削过程中切削力的非线性特征规律析因研究

综合应用析因试验设计与拉丁超立方抽样试验设计,对难加工材料马氏体不锈钢进行了高速铣削试验。在分析其切削力的非线性特征规律基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的非线性数学模型。试验结果表明,高速切削难加工材料时,背吃刀量和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间确实存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。

电阻点焊焊装夹具定位点的优化设计

提出一种适用于电阻点焊焊装夹具的定位点优化设计方法。该方法基于"N-2-1"定位原理,利用有限元计算工件第一基准面上的变形,在建立目标函数时综合考虑夹具工作过程中的多工位状况,并且采用全局收敛效果很好的隔代映射遗传算法作为优化工具来寻找最优点。通过算例分析N取不同数值时的夹具定位精度,并将隔代映射遗传算法与小种群遗传算法的收敛效果进行比较,验证了方法的有效性。