高载能超声骨刀的优化设计与性能评估

针对超声骨刀在手术过程中切割效率低和产生骨组织热损伤的问题,设计了具有二级放大结构的高载能超声骨刀。基于驻波理论的等效长度法,结合有限元仿真对其二级放大结构进行设计和优化,测试了其振动性能并进行了骨切割试验。结果表明:具有二级放大结构的超声骨刀的谐振频率为23306 Hz,振幅为140μm,骨切割表面平整且无损伤,满足临床手术需求。

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。

猪精子冷冻技术的研究

采用手握法采集健康成年的长白公猪猪精子,室温离心后,采用液氮熏蒸法细管冷冻猪精子。以精子活力为判定指标,比较了平衡时间和甘油浓度对猪精子冷冻的影响。结果表明:(1)Ⅱ组精子冷冻复苏后精子活力(35.83±5.38)%要高于其他组(P<0.05);(2)Ⅰ组和Ⅱ组冷冻复苏精子的活力[(29.75±4.38)%,(28.40±8.55)%]要高于其他组(P<0.05),由此得出最佳平衡时间和甘油浓度。

超声换能器过固有谐振区匹配理论

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键。通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器“过固有谐振区”匹配理论。试验结果证明该理论正确。

超声振动加工电源的研究进展

综述了超声电源的基本结构和发展历史,并从硬件上分析了超声电源的各种结构和不同控制方式的优缺点。进一步讨论了超声电源系统中频率自动跟踪、功率自动调节和阻抗匹配三项关键技术的实现及其优劣,并指出改善超声电源性能的具体措施。结合当前技术的发展以及超声振动加工的需求,指出超声电源的发展趋势及其设计思路。

基于PC-104总线的CAN通讯卡的设计与实现

CAN总线是一种现场总线,特别适用于工业现场设备的网络通讯;PC-104总线是嵌入式PC机的总线标准,嵌入式PC机特别适用于工业现场控制。为了将嵌入式PC机联人CAN网络,设计了一种既具有CAN总线接口又具有PC-104总线接口的适配卡。给出了CAN通讯卡的硬件、软件设计思路与实现方法。该卡已在实践中得到应用,实践证明该设计方法是可行的。

基于PCI总线的CAN通信卡的设计与实现

介绍了CAN总线的特点 ,给出了基于PCI总线的CAN通信卡的硬件、软件设计思路与实现方法。

基于任务驱动的机械制造专业方向课和专业综合实践课的无缝衔接

为了适应当今制造业向数字化、信息化、智能化发展的需求,北京航空航天大学机械制造专业于2013年开始对原有本科教学计划进行全面改革。将原有的3门专业方向课进行有效整合,形成两门专业方向课;将原有的专业课程设计和专业综合实验课合并为一门专业综合实践课。新教学计划对专业方向课和专业综合实践课的课时压缩了近一半,不仅要求教学内容精练,而且要求教学内容能够革陈出新。在实际操作过程中,由于受课时和内容的限制,很容易造成理论教学环节和实践教学环节之间的脱节。采取任务驱动方式,以某一航空典型零件为加工案例,在理论教学环节中引入CAD/CAM虚拟设计/加工仿真环节,在后续的综合实践环节直接利用CAD/CAM得到的数控加工工艺、程序、组合夹具等用于实际零件的加工。通过任务驱动方式,按照理论—仿真—实践的教学步骤,实现了机械制造专业方向课和专业综合实践课的无缝衔接,解决了新教学计划中课时少、内容精的矛盾。

高精度正弦频率信号发生器的设计

为设计一种频率连续可调、频带宽、幅值稳定、波形平滑的正弦信号发生器,采用可编程逻辑阵列和锁相环技术相结合,对正弦波形进行多频段数字拟合,从而在很宽的频带内都能得到高精度的正弦波。阐述了系统结构和设计原理,并用实验结果表明该方案的可行性。

高精度低频压电换能器电源的设计

压电换能器的工作频率要求稳定,且能随负载变化而连续调节;其工作电压要求是平滑而稳定的正弦波。为此,研制了一种高精度的低频压电换能器电源。该电源将有效频带细分成几个子频段,利用可编程逻辑阵列和锁相环技术,对正弦波形进行多频段数字拟合,从而在整个有效频带内都能得到理想的正弦波。在功率输出级采用OCL互补对称功率放大电路,并对该功放电路增加电压负反馈,使得输出的正弦电压信号平滑而稳定。

一种长距离多位LED显示器的设计

针对LED显示器只能就地显示,且与控制器的接口受制于LED位数的问题,提出采用电流驱动的方法以增加连 线长度,采用串行数据传送的方式使LED位数可以随意改变,而接口标准不变。并给出了详细的硬件电路设计。实践 证明,显示器可在远距离进行稳定可靠的显示。

低频变参数振动钻削微孔控制技术的研究

振动钻削在钻削过程的不同区段 ,其特征和钻削机理不同 ,对振动参数的要求也不一样。针对这一问题 ,提出变参数振动钻削这一方案 ,并研制了一套低频变参数振动钻削微孔控制系统 。

CAN总线在工厂监控系统中的应用

介绍了CAN总线的产生及其特点,论述CAN总线控制系统在工厂中的应用。

高速超声振动切削钛合金可行性研究

钛合金由于其出色的机械性能广泛的应用于航空航天结构组件中。但较低的机械加工性使得钛合金切削速度低,即使在使用先进的切削刀具时,也因切削高温而难以进行高速切削加工。断续切削是一种有效地降低切削温度和改善切削质量的方法,作为典型的断续切削方法,传统超声振动切削(Traditional ultrasonic vibration cutting,UVC)和椭圆超声振动切削(elliptical ultrasonic vibration cutting,EUVC)已取得了显著的加工优势。但振动切削临界速度限制了它们的应用仅在低速切削场合。因此一种新的超声振动切削方法被提出,即高速超声振动切削(High-speed ultrasonic vibration cutting,HUVC),此时刀具的振动方向与进给方向平行。当切削速度远远超过UVC和EUVC方法的临界速度时,刀具和工件依旧可以在一定的条件下实现分离。从而HUVC方法实现了宏观上的高速切削和微观上的断续切削,提升了钛合金的切削加工性。首先,HUVC方法的原理在文中给出,随后通过一系列使用普通切削(Conventional cutting CC)方法和HUVC方法的高速切削Ti-6Al-4V合金的对比试验来验证HUVC方法的可行性。试验结果表明,因刀具磨损的显著下降,HUVC方法的刀具寿命可最大提升300%。此外,相比CC方法,HUVC方法的切削效率可以显著提升90%,切削力最大下降50%并在连续的切削加工过程中获得更佳的表面质量。

仿生制造的生物成形方法

生物制造与仿生制造是机械领域与生物领域交叉产生的新领域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法,已提出生物去除加工、生物约束成形、生物生长成形、生物连接成形、生物复制成形、生物自组织成形等加工成形方法。仿生制造是模拟生物形体与功能的结构制造,包括仿生材料结构、仿生表面结构、仿生运动结构等结构制造。仿生制造的结构往往比较复杂,利用增材快速原型和传统机械制造方法效率通常较低,利用生物方式制造方法往往更加简便和快捷。阐明生物成形方法在仿生微纳复杂形体、结构、功能界面制造上的优势,表明生物成形技术在节能、环保、微纳等领域具有广阔的应用前景。

钛合金旋转超声辅助钻削的出口毛刺

针对航空航天领域钛合金难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中孔出口毛刺大、导致去毛刺困难及影响紧固件装配质量的问题,提出了一种基于新刃型刀具(八面钻)的钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD)的新技术。分析了RUAD原理,采用文中所设计的RUAD主轴结合CA6140车床平台、测力系统、测温系统、高速摄影系统以及非接触激光测量系统进行了钛合金RUAD制孔试验和孔出口毛刺研究,对比普通钻削(CD)分析了RUAD降低孔出口毛刺的机理,并建立了基于八面钻的CD和RUAD的毛刺形成模型。试验结果表明:相比于CD,RUAD明显降低钻削力、孔出口最高切削温度和毛刺高度,分别降低了16.79%~20.2%,18.54%~21.68%和82.27%~89.18%,极大降低了钛合金孔出口去毛刺的困难和制造成本,提高了生产进度。

高速钢钻头振动钻削9Cr18不锈钢微小孔的研究

不锈钢9Cr18是航空发动机上较为常用的一种马氏体不锈钢材料,它的塑性大,粘附力强,用普通钻削的方法比 较难加工。采用中频轴向振动钻削9Cr18零件的微小孔,取得了显著的效果。试验表明,相比普通钻削,振动钻削提高 钻头寿命约10倍,并可以提高定位精度,降低钻头受力,改善孔的加工质量。

压电微型泵的制造新工艺

在微机电系统 ( MEMS)中首次把聚对苯二甲基聚合物覆膜 ( Parylene Coating)技术成功应用于压电薄膜致动器的绝缘、防振、防水和防腐蚀 ;采用双面固体胶膜的键合工艺代替了传统胶粘结工艺 ;采用了精密微钻孔、微车削等微细加工技术。这些措施明显缩短了微型泵器件的研制周期 ,降低了成本 ,提高了微泵综合性能。

碳纤维复合材料旋转超声椭圆振动套磨制孔技术研究

针对航空航天领域中碳纤维复合材料在制孔过程中易出现分层、毛刺和刀具磨损快等问题,提出了一种新型旋转超声椭圆振动套磨制孔技术。分析了旋转超声椭圆振动套磨制孔机理,研制出了小型化旋转超声椭圆振动套磨制孔系统,并进行了碳纤维复合材料(CFRP)套磨制孔实验。结果表明:相比于普通套磨,超声椭圆振动套磨极大改善了切屑粉尘和料芯的排出,延长了刀具使用寿命;明显降低了钻削力和扭矩分别约25%和30%;有效降低了复材孔分层和毛刺的制孔缺陷,改善了孔表面粗糙度和平整性,提高了加工质量。