基于改进松鼠搜索算法优化神经网络的数控机床进给系统热误差预测

为探究数控机床进给系统中各因素对热误差的影响规律,建立精准的热误差预测模型。在进给速度为10 m/min、环境温度20℃的条件下进行进给系统热误差测量实验,获得进给系统关键点的温升及热误差。为提高预测精度,采用Tent混沌改进松鼠搜索算法,并利用改进的算法对神经网络进行优化,建立热误差预测模型。利用热误差测量实验获得的数据进行验证,结果表明改进前的神经网络预测误差为12.23%,改进后的模型预测误差为8.92%,精度有较大提升。利用预测模型针对不同进给速度下相同位置处热误差进行分析,结果表明,进给系统中关键测温点的温度和丝杠各点的热误差随着进给速度的增加而增加。因此提出的预测模型可实现进给系统热误差的准确预测,为误差补偿提供理论依据。

基于知识图谱与深度学习的零件机加工艺设计方法

随着数字化制造系统的广泛应用,制造类企业产生的工艺数据数量持续增多。为了实现对已有工艺数据的有效复用、学习和挖掘,提出一种基于知识图谱与深度学习的零件机加工艺设计方法。首先构建以特征、零件、特征工步方案、零件工艺为基础的工艺知识图谱模型,实现工艺数据的结构化多层次表示。在此基础上,构建一种BiLSTM+Attention深度学习模型揭示零件与典型工艺方案之间的映射模式,以及一种Seq2Seq+Attention的深度学习模型实现零件工序序列的有效生成。其次,提出一种基于特征工步方案与零件工序方案融合概率的零件工艺方案决策方法,实现具有完整工艺情境的零件工艺方案有效生成。最后,以销轴类零件为例,开发原型系统验证了所提方法的有效性。

3DP工艺中阶梯误差与渗透误差相互作用研究

3DP工艺中影响零件成型精度的原理性误差主要来源于阶梯误差和黏结剂渗透误差,并且在误差测量结果中难以区分.本文基于黏结剂在砂床中的流动状态,建立了黏结剂从喷射到渗透过程的数值仿真模型,分析了在二维平面不同角度三角面片打印时理想模型边界和实际黏结砂粒边界之间的位置误差,研究了阶梯误差和渗透误差之间的相互作用.在此基础上,针对不同角度三角面片打印过程中阶梯误差与黏结剂渗透误差相互作用关系也不相同的问题,提出了基于三角面片法向量方向与成型方向夹角的三角面片偏移误差公式用于表达这两种误差对成型质量的综合影响.结果表明:在向上三角面片中,渗透误差与阶梯误差相互补偿,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而减小;在向下三角面片中,阶梯误差与渗透误差相互叠加,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而增大.将三角面片偏移误差的公式计算值与其实际测量值进行对比,公式计算误差最大为0.060 mm,最小为0.002 mm,表明三角面片偏移误差公式用于表达阶梯误差与黏结剂渗透误差综合作用的有效性.

切向车铣18CrNiMo7-6钢V形缺口表面三维形貌研究

疲劳试样的缺口加工一直是一个亟需解决的难题。提出一种全新的切向车铣加工缺口工艺,通过理论与试验结合的方法探究了切向车铣对V形缺口表面形貌的影响规律。结果表明:在不同的工艺参数下,切向车铣V形缺口底部会呈现出不同的加工纹理方向,提出的理论公式计算出的纹理方向与工件轴线的夹角与实际结果误差很小;缺口底部三维表面粗糙度R_(a)随着铣刀转速n_(c)的升高而减小,随着工件转速n_(w)的升高而变大,随着每齿进给量f_(z)的增加先减小后增大;得到表面粗糙度最优参数组合为n_(c)=6000 r/min,n_(w)=100 r/min,f_(z)=0.0375μm,在此切削参数组合下得到的V形缺口表面粗糙度R_(a)可达到0.075μm。

基于TFAHP的零件加工特征工艺链模糊综合决策

零件加工特征工艺链的决策问题中因存在诸多模糊性因素,主要依赖工艺人员的经验,降低了工艺设计的质量和效率,无法满足经济性需求。针对上述问题,在考虑了零件加工的经济性,分析了影响零件加工特征工艺链决策主要因素的基础上,提出了一种基于三角模糊层次分析法(TFAHP)的零件加工特征工艺链模糊综合决策方法。首先,采用TFAHP构建了判断矩阵,并基于可能度进行了指标权重求解;然后,构建了零件加工特征工艺链的影响因素与其备选集合之间的隶属度函数,完成了零件加工特征工艺链的模糊综合决策工作;最后,以某轴类零件为例,决策出了满足加工要求的八种孔加工特征工艺链,并结合企业实际应用,对该方法在零件加工特征工艺链决策中的经济性及有效性进行了验证。研究结果表明:方案8的P值为1.0,为最优加工特征工艺链,该方法的定量化评价E值为0.137,对比传统方法更加具有经济性,满足使用需求。

易切削钢Te元素含量对其切削表面形貌的影响研究

采用硬质合金刀具对三种不同Te元素含量的易切削钢12L14,12L14+Te(0.017),12L14+Te(0.05)进行切削实验,研究其已加工表面形貌状态及原因。试验研究结果表明:12L14+Te(0.017)材料的已加工表面最光滑,粗糙度值最小;12L14+Te(0.05)材料的已加工表面最粗糙,微观形貌显示存在较多撕裂;切削不含Te元素的12L14材料时,已加工表面形貌与粗糙度值介于二者之间;添加Te元素材料会生成MnTe等熔点较低的化合物,在切削中起到应力集中源的作用,易导致已加工表面出现微观撕裂现象,但同时减小了刀具积屑瘤形成的可能,所以易切削钢切削表面形貌的生成是二者因素综合影响的结果。

基于改进粒子群的曲轴件数控加工刀具轨迹自动优化方法

针对曲轴件加工质检合格率较低、加工过切量较大的问题,提出基于改进粒子群的曲轴件数控加工刀具轨迹自动优化方法。先以刀具轨迹长度最小为目标建立轨迹优化目标函数,设定相应的约束条件,再通过改进粒子群惯性权重参数更新方法及增加压缩因子,实现对粒子群算法的改进,最后利用改进粒子群对最优轨迹求解,自动优化基于改进粒子群的曲轴件数控加工刀具轨迹。实验证明,该方法可对曲轴件数控加工刀具轨迹进行优化,且其应用后曲轴件加工质检合格率得到有效提升,加工过切量得到有效控制,具有良好的优化效果。

非球面碳化钨模具超精密斜轴磨削原理及工艺参数对面形精度影响规律

玻璃模压是一种快速大批量生产非球面光学玻璃透镜的方法,无结合剂碳化钨作为一种优异的模具材料被广泛应用于玻璃模压。碳化钨模具的表面质量直接决定了非球面光学玻璃透镜产品的品质。为了提高碳化钨非球面模具超精密磨削加工的表面质量,针对非球面碳化钨模具超精密斜轴磨削,通过分析超精密斜轴磨削原理,研究了进给距离、工件转速、进给速度和磨削深度等参数,对非球面碳化钨模具斜轴磨削面形精度的影响规律,得到了碳化钨斜轴磨削的合理工艺参数范围。最后通过磨削优化实验研究,得到了碳化钨斜轴磨削的最优工艺方案,从而完成了碳化钨模具超精密斜轴磨削实验。实验结果表明,磨削面形PV值和RMS值分别为0.279 7μm和0.041 9μm,具有良好的工程应用意义。

基于SSA和双稳随机共振的车削颤振微弱特征提取

围绕车削颤振激发过程,针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题,提出一种基于麻雀优化算法(sparrow search algorithm, SSA)和双稳随机共振(bistable stochastic resonance, BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该方法利用SSA优良的寻优特性,以信噪比作为优化指标确定最佳BSR系统参数,用优化后的参数对车削颤振信号进行滤波处理,提取颤振特征频率。仿真试验表明SSA-BSR方法可以实现对强噪声背景下微弱特征信号的提取与增强,同时兼顾寻优速度快和获得全局最优解概率高的优点。开展车削颤振检测试验,颤振激发过程的加速度信号图谱分析结果验证了车削颤振特征频率幅值与颤振激发程度之间的相关性;不同模型在车削颤振过渡阶段特征提取的对比结果验证了SSA-BSR模型的有效性和优越性,并且能够满足车削颤振检测对实时性的要求,实现在进入剧烈颤振阶段前发出预警,为量化车削颤振和车削颤振在线监测提供一种新思路。

增材制造材料铣削加工特性和表面完整性研究进展综述

激光熔覆等增材制造技术目前已被广泛应用,然而这类技术获得的熔覆层表面质量较差,难以满足零件的尺寸精度和表面质量等要求,铣削加工作为一种精加工方式可以有效地解决精度不足等问题。文章综述了不同铣削参数、切削方向、增材制造材料的处理方式、熔覆层的构筑方向等影响因素对加工特性和表面完整性的影响,加工特性通过切削力和刀具磨损表征,而表面完整性主要包括表面形貌(表面粗糙度、表面纹缺陷、毛刺形成等)和力学性能(残余应力和显微硬度),通过对不同影响因素下的熔覆层加工特性和表面完整性评价,使研究人员对增材制造材料的铣削性能具有更全面的了解,最后对增材制造材料铣削过程中存在的问题归纳梳理,并对其未来的发展方向进行了展望。

基于知识图谱的复杂薄壁零件机械加工工艺知识建模研究

智能工艺设计是数字孪生环境下工艺设计的核心,零件工艺知识建模是实现基于数字孪生的智能工艺设计的前提。为此,针对航空航天领域复杂薄壁零件机械加工工艺数据结构化程度低、难以重用的问题,提出了典型复杂薄壁零件机械加工工艺知识图谱的构建和质量评估方法。首先,对机械加工工艺知识组成和结构进行分析。其次,通过本体建模、知识抽取、知识储存等相关技术实现了工艺知识的可视化表征,并基于Neo4j图数据库实现机械加工工艺知识检索。最后,利用层次分析法对构建完成的知识图谱进行评估,并以框段类零件的机械加工工艺知识为验证对象,得到子图谱的综合准确度为92.28%。试验结果表明,基于知识图谱的工艺知识建模方法切实可行,有助于实现工艺知识的有效组织和重用,为数字孪生的智能工艺设计奠定基础。

基于ResNet多特征图融合的钻削表面粗糙度分类方法

传统五面复合数控(CNC)钻削表面粗糙度测量工作复杂,采用人工测量存在较大人为误差。传统多元回归、多项式拟合方法仅采用转速和进给速度参数,数据利用率低且噪声敏感性强;用传统机器学习方法无法有效提取信号的深层复杂特征。针对上述问题,提出了一种基于ResNet模型、频谱图特征与时频图特征融合的钻削表面粗糙度分类预测方法。首先,根据CNC钻削加工理论和企业实际CNC钻削经验确定了CNC钻削加工实验的工艺参数变量;然后,基于SYNTEC CNC系统开发了多源数据采集系统,实时采集了钻削加工过程数据;接着,分析了三轴振动信号的频谱特征和时频特征,验证了振动信号跟表面粗糙度类别的关联性;随后,采用卡尔曼滤波对三轴振动信号进行了降噪处理,采用快速傅里叶变换(FFT)和连续小波变换(CWT)进行了振动信号频谱热图与时频图转换,采用矩阵拼接对三轴振动信号的单轴时频图进行了拼接融合,得到了三轴振动时频图;最后,对频谱热图和时频图进行了卷积运算融合频谱特征与时频特征,并进行了ResNet和其他网络模型如Densenet、Shufflenet和Mobilenet_v3_small等的对比实验。研究结果表明:相对上述其他网络模型,基于ResNet网络模型的表面粗糙度分类正确率提高了约9%,同时也验证了三轴时频特征融合以及频谱特征和时频特征融合方法的正确性。由于模型训练成本低、训练收敛速度快,该方法在轻量级、低成本的CNC机床钻削表面粗糙度预测分类中具有良好的工业应用前景。

微生物去除加工晶体铜的表面质量实验研究

通过跟踪微生物去除加工两类不同晶粒尺寸纯铜的表面粗糙度和表面形貌的变化规律,研究了微生物去除加工表面的形成机理。结果表明,纯铜加工表面质量会随着微生物去除加工时间的增加而变差,晶粒粒度会对其微生物加工表面质量产生影响;不同的工件原始表面质量对微生物去除加工初始阶段的表面质量有明显影响;前期机械加工所形成的划痕会随着微生物去除加工而逐渐变小,当机械作用表面被去除后,影响微生物加工表面质量的主要因素是工件的晶界及亚晶界。

基于SPH-FEM转换算法的砷化镓划片损伤过程研究

为了进一步提高半导体激光器巴条制造质量,改善解理加工过程中划片损伤情况,采用SPH-FEM转换算法研究划片速度和载荷对单晶砷化镓(gallium arsenide,GaAs)划片损伤的影响。基于广义胡克定律计算出砷化镓{100}晶面<110>晶向的各向异性机械力学特征参数,采用SPHFEM转换算法仿真金刚石刀头划片实验,将划片过程中损伤的有限元转换为粒子,研究损伤粒子在刀头作用下的运动轨迹,确定出划片的损伤过程。研究表明,该方法较好地解决了传统有限元法大变形区域发生网格畸变所导致的计算误差问题,揭示了不同加工参数对砷化镓材料划片损伤的影响,并得到了实验验证,为脆性材料的划片损伤过程提供了新的途径和思路。

基于CAXA制造工程师软件的典型零件加工

随着制造业向数字化和智能化转型,CAXA软件作为一款集设计、加工和管理于一体的工程软件,能够有效提升零件加工的精度和效率。以典型轴类零件加工为案例,探讨CAXA制造工程师软件在零件加工中主要功能模块,包括三维建模、工艺规划和数控编程,通过具体实例,阐述如何利用CAXA软件进行加工路径的优化、刀具选择及切削参数的设定,从而实现高效、精准的曲面加工,并展望了其在未来智能制造中的发展潜力,讨论其如何帮助企业应对快速变化的市场需求,提升产品质量和生产灵活性,为制造业的可持续发展提供强有力的支持。

复合材料蒙皮的打磨工艺技术研究

为研究复合材料飞机蒙皮机器人恒力打磨过程中工艺参数对材料去除和表面质量的影响规律,搭建基于视觉引导的飞机蒙皮机器人恒力打磨系统,通过打磨实验结合有限元方法进行研究,分析不同打磨参数下的材料损伤机制。结果表明:影响加工表面质量的主要因素是磨粒尺寸,其次是打磨压力。在一定范围内,材料去除量跟打磨压力、磨具转速成正相关。建立CFRP材料去除模型,确定最优参数组合,通过实验拟合出面向CFRP的材料去除系数,设计实验对材料去除模型进行验证,在保证Ra<0.6μm的基础上实现了蒙皮材料的快速均匀去除。

分形理论在机械加工表面分析中的应用

随着分形理论的完善与发展，机械加工表面的分析研究日益广泛。笔者综述了分形维数的计算及分形理论在工程粗糙表面分析中的应用。

基于螺旋接触线的五轴侧铣刀具定位方法

针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢量的数学模型,同时分析刀具-工件接触线的性质及参数表达式。再次,考虑实际加工中的非线性加工误差,通过运动学变换对全局刀位进行路径插补优化。最后,基于改进两点偏置法、最小二乘法及所提出的方法进行仿真分析并对比3种方法所产生的误差,同时基于后2种方法进行实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的方法能够有效减小侧铣加工中的原理误差,可为非可展直纹面的五轴侧铣加工提供一定的参考依据。

不同刀具倾角下切削参数对TC4表面形貌影响规律研究

针对TC4钛合金曲面零件在精加工时因刀具倾角变化而导致表面形貌质量不稳定的问题,通过在20°,30°,40°,50°四个不同的刀具倾角下进行铣削试验,研究和分析不同刀具倾角下切削速度和每齿进给量对表面粗糙度和表面形貌的影响。结果表明:刀具倾角在20°~50°时,以v c=55m/min的切削速度加工可稳定获得较好的表面质量;除了β=30°的试件表面外,其他试件中个别切削参数组合的加工表面出现垂直于加工刀痕的振动波纹,切削速度较大或每齿进给量较大时更易产生表面振动波纹,且切削速度越大,表面振动波纹频率越高;在试验的刀具倾角范围内,表面粗糙度随着切削速度的增加有减小的趋势,各刀具倾角下的减小程度不同,但当刀具倾角较大时,由于刀具振动加剧,加工表面质量反而下降,表面粗糙度值随着切削速度的增加而增大。

机械加工表面质量管理中的不足及控制对策分析

随着科学技术的发展,工业生产也迎来了机械化的时代。为了保证机械加工系统的完整运行,必须提高机械加工表面质量管理水平,保证机械加工的整体质量。本文主要探讨影响机械加工表面质量的重要因素,并提出加强机械加工质量和效率的控制对策,从而为后续的研究提供充分的参考依据。