基于数控加工中运动参数可视化的零件表面质量预估方法

数控加工采用柔性速度规划控制方法,使得速度、加速度及捷度等运动量连续,减少刀具在变速过程中对零件冲击从而提高加工质量。但是速度等运动参数在加工中作为过程量很少保存,很难与具体零件表面质量相对应,而运动参数的连续性和平滑性对表面质量的改善有重要因果关系。因此,将运动参数保存起来,通过运动参数可视化来预估表面质量情况。该方法通过采集数控系统实时运动参数,建立参数与零件表面空间点对应关系,根据运动参数的不同大小和强度,通过渐变色方法,在与之对应的空间点匹配着色,通过颜色是否均匀变化来判断表面质量情况。通过实例证明了该方法简洁高效,能很好地预估加工表面质量。

双机器人松协调装配轨迹规划方法研究

针对主-从式双机器人松协调装配轨迹规划问题,提出了一种基于量子粒子群优化算法和B样条的轨迹规划方法,并进行了仿真实验。结果表明该方法可以使双机器人以较优的无碰撞干涉轨迹高效地完成协调装配任务,实现了双机器人的高精度装配作业,为物联制造系统中双机器人协调装配面临的关键问题提供了有效的解决方案。

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数,提高加工效率和精度,利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平,并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型,基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1μm、磨粒浓度14%,此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019μm,材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明,基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。

基于小孔应力集中的激光预钻孔条件下TBM滚刀侵岩模型建模与试验验证

激光发生器耦合安装到全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘上,利用高能量激光辅助TBM掘进作业,理论上有望达到新型热-机械高效破岩之目的。针对激光辅助滚刀破岩,基于小孔应力集中理论的弹性应力状态计算方法,在空腔膨胀模型基础上,建立了一种考虑密实核衍生效应的激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型,并对模型进行理论分析;随后开展双侧围压下的激光辅助缩尺比例滚刀侵岩试验,对理论模型进行试验验证。研究结果表明,刃宽及孔距均对侵岩垂直力有一定影响,且孔距较小时理论模型不再适用;经对比分析后,在理论模型与试验所得结果中,随着孔距的改变侵岩垂直力有着相同的变化趋势,侵岩垂直力大小较为符合,激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型具有一定准确性。

基于轨迹动态规划的移动机器人焊道自动跟踪

针对大型构件复杂轨迹焊缝自动焊中的移动机器人跟踪控制滞后和焊接轨迹频繁振荡等问题,提出一种基于轨迹动态规划的焊道跟踪方法.利用结构光传感器检测区域超前于电弧的优势,实时获取焊接区前方焊缝位置特征信息实现对焊道轨迹宏观走向的超前感知,基于焊道等距逼近思想动态规划移动机器人运动轨迹,结合电弧传感技术实时检测焊接偏差信息,通过机器人本体与机载执行机构的协同控制对焊接轨迹进行动态补偿.结果表明,该方法提高了复杂轨迹焊缝跟踪中焊接速度一致性及焊接轨迹平滑度,改善了焊道弯曲或折角处的焊缝成形质量.

硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究

目的研究硬质合金刀具材料化学机械抛光(CMP)机理,为改善硬质合金刀具表面质量提供理论支持。方法分析硬质合金刀具材料在酸性抛光液中的化学反应,研究硬质合金刀具材料CMP的化学反应机理。基于接触力学理论计算抛光垫与工件的实际接触面积和单个磨粒的实际切削面积,在运动学分析的基础上,建立硬质合金刀具材料CMP的材料去除率模型,通过实验验证材料去除率模型的有效性。结果在酸性抛光液中,硬质合金被氧化成Co_3O_4。当工件、抛光垫、磨粒类型、工件安装位置确定时,材料去除率与抛光载荷、磨粒浓度和抛光盘转速有关。常用硬质合金抛光条件下,抛光YG8刀具的修正系数Kcm为8.53,抛光后刀具的最低表面粗糙度能达到48nm,材料去除率为62.381nm/min,材料去除率的理论值和实验值的最大相对误差为13.25%,消除了表面缺陷,获得了较好的镜面效果。结论建立的材料去除率模型具有一定的有效性,对硬质合金刀具材料进行化学机械抛光能消除刀具的表面缺陷,改善表面质量。

硬质合金化学机械抛光工件-磨粒-抛光垫接触状态研究

基于弹塑性力学理论,对工件-磨粒-抛光垫间的接触状态进行理论分析,计算各状态下磨粒压入工件深度,建立接触状态临界条件的数学模型,并进行实验验证。研究结果表明:在硬质合金化学机械抛光过程中,工件-磨料-抛光垫间存在着非接触状态、部分接触状态和完全接触状态三种形式;不同接触状态下磨粒压入深度主要受抛光载荷、磨粒粒径以及工件表面软质层硬度影响,临界条件由抛光垫特性、磨粒质量分数以及抛光载荷共同决定。实验结果表明所建立的数学模型是可信的。

封闭差动行星齿轮箱动态均载性能试验研究

针对同时具有太阳轮浮动、柔性销轴和柔性内齿圈三种均载方法的封闭差动行星齿轮箱进行试验研究,探索多种均载措施的封闭差动行星传动均载性能的特点。测试行星传动的差动级内齿圈齿根弯曲应力和封闭级的太阳轮齿根弯曲应力,根据齿向方向和圆周方向上各个通道应变测试结果提出均载系数的数据处理方法。得到每个被测轮齿最大均载系数,研究行星齿轮箱动态均载系数随工况载荷的变化趋势。分析并统计封闭级和差动级不同载荷下的平均均载系数及其标准差,并与某航空发动机主齿轮箱的理论分析均载系数进行对比。结果表明封闭级均载性能优于差动级,载荷越大两级均载性能越好,具有这三种均载方法的行星系统较采用单种均载措施的传动均载性能好,为封闭差动行星齿轮的均载设计提供了依据。

7150⁃T6铝合金动态特性实验及本构方程研究

为研究高温与高应变率对7150⁃T6铝合金动态力学性能的影响,利用分离式霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,并对冲击后试样进行了SEM显微组织分析。结果表明:7150⁃T6铝合金在常温、高应变率下呈现局部热软化现象和较弱的应变率敏感性。材料的流动应力随着温度的升高而不断减小,尤其当温度高于200℃时,流动应力显著降低。在高应变率冲击下,应变率增大使绝热剪切带的形成更加明显,而高温下未发生明显绝热剪切现象。通过最小二乘法拟合出的Johnson⁃Cook本构方程能够有效预测不同加载条件下的流动应力,其预测结果与试验结果基本吻合。本研究可为7150⁃T6铝合金在汽车等运载器结构的轻量化与安全性设计提供指导。

反复镦拔SIMA法制备100Cr6钢半固态坯料的工艺与组织

利用多道次反复镦拔预塑性变形和半固态等温处理工艺(反复镦拔与等温处理SIMA法)制备了100Cr6钢半固态坯料,对100Cr6钢细化晶粒的反复镦拔预变形工艺和后续的等温处理工艺及其微观组织分别进行了研究。结果表明:反复镦拔预变形可以有效利用塑性变形破碎枝晶而达到细化晶粒的目的,从未预变形(镦拔0次)到镦拔3次,晶粒直径先快速减小然后变化不大;当反复镦拔3次时,试样中心的晶粒直径减小了90.4%,即从未经预变形的晶粒直径Φ274.1μm细化到Φ26.2μm;而试样边缘的晶粒直径减小了91.7%,细化效果更佳。在半固态温度区间进行等温处理时,随着温度的增加,半固态坯料的晶粒逐渐近球化;随保温时间的增长,半固态坯料的晶粒逐渐变大;尺寸为Φ10 mm×15 mm的试样在1420℃下保温30 min等温处理后所得半固态组织相对较好。

基于物质点法不同头部形状弹体侵彻动靶过程的仿真研究

为分析弹头形状对动靶侵彻性能的影响以及解决有限元法模拟子弹侵彻问题时存在的网格畸变问题,本文采用物质点法建立了弹体侵彻靶板的数值模型。利用编写的程序对卵形弹侵彻静靶过程进行了仿真,并将仿真结果与实验测试结果进行了对比分析。结果表明,利用物质点法仿真子弹侵彻过程是可行和有效的。通过对平头弹、球形弹、卵形弹侵彻动靶过程的模拟仿真,得到了弹体贯穿动靶后弹体的剩余速度、偏转角、扭转角、靶板的毁伤效果。所得结果显示:当靶板速度较低时,卵形弹侵彻动靶时靶板的毁伤面积最小;当靶板速度较高时,卵形弹侵彻动靶时靶板的毁伤面积最大;弹体偏转角和扭转角均随动靶速度的增加而逐渐增大,且卵形弹的偏转角和扭转角均大于平头弹和球形弹;当动靶初速度小于300m/s时,卵形弹的侵彻能力较强;当动靶初速度大于300m/s时,球形弹的侵彻能力较强。本文研究对弹丸侵彻和装甲防护等军工领域有一定的指导作用。

基于三角网格曲面映射的数控高速加工刀轨规划

为进一步改善数控加工曲面的表面质量,提出一种针对三角网格曲面的螺旋刀具数控加工轨迹规划方法,在充分考虑刀具轨迹的几何与动力学特性以及三角网格单元特性的基础上,有效减少了抬刀次数,保持了刀具轨迹的连续性。该方法从网格边界轮廓曲线上的刀触点开始逐层偏置,在参数域上对刀触点进行规划,并拟合成螺旋轨迹,将其逆映射到网格曲面上得到螺旋加工轨迹。与传统的截面法和环切法相比,该算法可以生成一条具有边界一致性、轨迹光滑连续的、无需多次进退刀的高质量螺旋加工轨迹。

MoS_(2)的摩擦起电及充电特性研究

二维二硫化钼(2D MoS_(2))由于其优越的电学、光学和压电性能,使其在未来电子器件领域被广泛关注.该文利用AFM接触模式和SKPM,在纳米尺度上,测试CVD制备多层MoS_(2)的隧道摩擦起电和充电特性.通过AFM接触模式,在75 nN的法向载荷力下,用Pt导电探针摩擦MoS_(2)样品的1μm×1μm正方形区域,同时使硅基底接地.然后通过SKPM,对以摩擦区域为中心的5μm×5μm正方形区域的接触电势进行成像.最后以上述方式,依次在A、B、C区域进行摩擦起电测试.研究结果表明:MoS_(2)不仅具有摩擦起电特性,而且表现出摩擦其他区域,可以对初始区域充电的现象.因此,可以利用MoS_(2)的摩擦起电特性和充电现象,指导构建一类新的基于2D MoS_(2)纳米电子器件和摩擦电子学功能器件的应用.

基于CEEMD能量熵与极限学习机的滚动轴承故障诊断方法

鉴于滚动轴承振动信号具有非线性、非平稳的特点以及难以获得大量典型故障样本的现实情况,提出了基于互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)与极限学习机(extreme learn-ing machines,ELM)相结合的滚动轴承故障诊断方法.采用CEEMD方法对滚动轴承非平稳的原始加速度振动信号进行分解,得到若干个平稳的本征模函数(intrinsic mode function,IMF)分量,计算不同状态下滚动轴承振动信号经CEEMD分解后各IMF分量的能量熵,从蕴含着主要故障信息的IMF分量中提取出能量特征,对其进行T分布随机近邻嵌入(T-stochastic neighbor embedding,Tsne)聚类可视化分析,观察特征对滚动轴承状态的反映情况,将特征作为输入建立极限学习机,判断滚动轴承的工作状态和故障类型.使用美国凯斯西储大学公开的人工损伤轴承数据进行仿真实验,对轴承得不同运行状态的识别准确率可以达到95%,明显高于多分类支持向量机、K近邻等方法,该结果表明,所提方法在处理滚动轴承故障诊断问题上效果良好.

多孔Ni-Cu-Ti电极的制备及析氢性能

通过电解水生产氢气是一种理想的方法,而电极材料的催化活性决定了电解水的效率。该研究通过粉末冶金方法制备了多孔Ni-Cu-Ti电极,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等技术对多孔Ni-Cu-Ti电极的微观结构和物相组成进行表征,并通过阴极极化、交流阻抗谱和循环伏安测试技术对电极进行了电化学表征。结果表明,在烧结温度为1000℃、质量比为5.5∶3.5∶1时,多孔Ni-Cu-Ti电极表现出最佳的析氢性能,在1 mol/L的KOH中仅需要79 mV(vs.RHE)的过电位就能实现10 mA·cm^(-2)的电流密度,其Tafel斜率为117.07 mV·dec-1。

改进GoogLeNet模型在光纤连接器端面缺陷识别中的应用

光纤连接器作为实现光纤之间连接的重要光无源器件,其端面表面质量的好坏会影响到光纤传输性能.经典卷积神经网络模型结构较为复杂,网络参数较多,无法满足光纤连接器端面缺陷图像识别的实时性要求.为了解决上述问题,该文设计了一种改进的GoogLeNet模型,在保障模型识别准确率的同时可提升模型的推理速度.首先,提出一种轻量化的Inception结构,减少了网络参数,保留了更多的缺陷图像的细节信息.其次,由于光纤连机器端面缺陷多为小微缺陷,对纹理特征等信息的依赖较大,通过在网络模型中引入高效通道注意力机制(ECA-Net)模块,着重提取图像中的缺陷特征.最后,对GoogLeNet模型进行改进,减少网络参数,提高模型分类性能.实验结果表明,改进的GoogLeNet模型的分类精度为95.7%,每秒传输帧数(FPS)达到了173.相较于AlexNet、VGG16、VGG19和原始的GoogLeNet模型,在保证分类精度基本一致的情况下,单张图像的推理速度分别提升了90.8%、82.9%、83.2%和81.5%.

基于脉冲涡流的TBM盘形滚刀磨损检测方法

为保障TBM高效安全运行,提出一种脉冲涡流检测(PECT)的刀圈径向磨损量无损检测方法。先基于Maxwell时变电磁场理论建立有限元模型,采用控制变量法探究线圈高度、内半径和外半径3个激励线圈参数的优化策略;再搭建刀圈径向梯度化磨损量无损检测有限元模型,研究刀圈径向磨损量与前期电压信号积分值的映射关系,提取可连续反映刀圈磨损程度的特征量,并研究不同提离距离下刀圈径向磨损量与特征量的映射关系。结果表明:在给定激励线圈外半径取值的前提下合理调节内半径取值,可最大程度兼顾对激励线圈高分辨率、强耦合程度的要求;检测线圈与刀圈的最远距离为64 mm,在满足48.26 cm刀圈最大径向磨损量为35 mm的基础上保留了29 mm余量,比传统涡流检测的最远提离距离提高了83%;该方法提高了探头远距离检测能力,保障了探头安装空间,同时显著降低了探头被岩碴刮擦损伤的风险。

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟。研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响。研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计。

镍基析氢电极在碱性溶液中析氢行为

采用元素粉末反应合成法制备多孔Ni_3Al-Mo电极。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对多孔Ni_3Al-Mo电极的孔结构进行表征,通过极化曲线和电化学阻抗技术表征多孔Ni_3Al-Mo电极的电解析氢行为。结果表明:多孔Ni_3Al-Mo电极孔隙率为47%,最大孔隙为2.7μm,平均孔隙约2.1μm。与多孔Ni_3Al电极和多孔Ni电极相比,多孔Ni_3Al-Mo电极具有较低的析氢过电位和较高的交换电流密度,表明多孔Ni_3Al-Mo电极具有较高的析氢活性;经过阳极处理后,多孔Ni_3Al-Mo电极的析氢活性可以恢复到原来的大小,且连续电解120 h后,析氢过电位变化不大,表明多孔Ni_3Al-Mo电极具有优异的电化学稳定性。

基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测

针对磁控摆动电弧扫描焊缝获取有用信息量少的问题,提出了一种基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测方法.文中简述了磁控旋转电弧传感器的基本原理,对磁控旋转电弧的运动轨迹进行了仿真,利用位置传感器对电弧进行定位,采用四分圆周采样法,运用Kalman滤波原理进行滤波处理,分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息,并引入加权预测矫正因子对焊缝的偏差信息进行预测矫正.结果表明,该方法用于磁控旋转电弧焊缝自动跟踪可行,提高了焊缝跟踪的精度,为预测方法用于焊缝偏差算法提供了科学依据.