基于近似模型的机床铣削质量稳健性优化设计

在铣削加工优化设计过程中,设计变量的不确定性通常被忽略,这容易导致优化解违反优化设计约束条件.为此,本文基于近似模型方法,开展铣削参数的多目标稳健性优化设计研究.在该优化设计方法中,采用多项式响应面模型和径向基函数模型近似模拟铣削过程最大铣削力、铣削后工件表面粗糙度两目标函数与铣削线速度、每齿进给量两设计变量之间的隐式关系,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法结合蒙特卡洛模拟方法对比分析了针对铣削参数的常规确定性优化以及考虑设计变量波动的稳健性优化.结果表明:稳健性优化后的铣削参数有效地降低了铣削加工过程中的铣削力,提高了加工后工件表面质量,同时优化解具有较高的可靠性.

漫水式冷却流道结构参数对电主轴温度场的影响

电主轴的冷却流道结构设计及冷却条件对其温升性能影响重大。漫水式流道作为一种常见的主轴冷却流道结构形式,其结构参数包括漫水通流面积、淌水间隙、流道缺口列数和缺口宽度等。建立漫水式冷却流道的电主轴流固耦合仿真模型,研究上述几何参数对电主轴温度场的影响。结果表明,同等冷却条件下,淌水间隙越小,流道缺口列数越少,流道缺口宽度越小,且漫水通流面积与冷却流道入口面积相当时,主轴整机温升越小,即冷却效果越好。研究结果可为电主轴漫水式冷却流道的结构参数设计提供理论指导。

高速电主轴轴承油气润滑与应用研究

将油气润滑技术应用于高速电主轴中,能够让其轴承具备极限转速高、温升低等功能,并有效延长了轴承使用寿命,在高速电主轴轴承润滑中发挥着重要作用。1高速电主轴轴承油气润滑原理分析油气润滑原理可知,主要是借助适当压力的压缩空气与适量的润滑油,通过在适当长度管道中进行混合,在压缩空气影响下润滑油能够顺利完成流动,从而向各润滑部位输送油气混合体,并达到润滑的效果。

冷却系统参数对电主轴热态特性的影响

温升是影响电主轴工作性能的一个重要指标,温升与冷却系统密切相关,在实际加工中不同流量与介质种类均会影响主轴的温度场分布。本文采用单一因素试验法和fluent有限元手段对主轴热态特性进行分析,并利用origin进行数据的拟合,结合相关性系数评价方法,得到了主轴温升与不同流量大小的关系,结果显示主轴的温升与流量呈现倒指数型关系;流量小于某一数值时,水冷温度变化幅度要高于油冷即某一数值下水冷却时,温升随流量变化更敏感;结合温升流量曲线确定最佳流量,有效指导电主轴的流量设定与冷却系统设计。

压缩机曲轴窜动的机理分析及实验研究

在旋转压缩机的工作过程中,压缩机曲轴窜动会显著增大压缩机的噪声和能耗,同时大幅度降低压缩机的寿命及可靠性。为解决此问题,本文对曲轴的实际运动状态进行模拟分析,同时建立实际实验进行验证,揭示了压缩机曲轴窜动的机理,提出了曲轴窜动的主要影响因素及规避方法。

冷却系统流量对主轴温度的影响研究

针对电主轴运转过程中流量设计对主轴温升、寿命影响的问题,对电主轴冷却系统流量对主轴温度的影响进行了仿真分析和测试研究。首先,基于实际的电主轴使用情况,将其工况划分为低转速小扭矩、空载最高转速、低速最大扭矩3种工况,并对不同工况下主轴各关键部件的发热量进行了计算;然后,建立了主轴整机的温度场有限元仿真模型,将最佳流量的分析细化至了主轴的常用切削工况上,同时为避免主轴因流量供给不足造成寿命缩短、故障等问题,提出了最低流量的计算方法;最后,搭建了电主轴温升试验测试平台,对常用工况下主轴各关键部位的温升进行了测试,结合试验结果对仿真模型进行了误差验证。研究结果表明:仿真结果与试验测试之间的误差小于5%,证明电主轴仿真模型具有可靠性;常用工况下电主轴最佳冷却流量为8 L/min,恶劣空载时最低流量为0.4 L/min,恶劣负载下最低流量为0.67 L/min;该结果可为电主轴实际运转工程中的流量设计提供理论依据。

电主轴最佳跨距理论计算与仿真分析

为研究跨距设计对主轴力学性能的影响,针对某型电主轴,根据经验公式计算最佳跨距的理论值以及进行不同跨距下固有频率与静刚度变化规律的仿真。通过主轴静刚度加载实验,验证主轴轴承刚度,避免对仿真模型产生影响。基于设定的边界条件,建立模态分析仿真模型及静刚度仿真模型;改变主轴跨距,分析其径向1阶固有频率及径向静刚度的变化规律,分析并总结电主轴的设计跨距对力学性能的影响程度;结合最佳跨距的理论计算值,提出电主轴跨距设计的一般原则。

基于流量差异的电主轴冷却流道并\串联冷却效果对比

针对电主轴冷却结构设计中,热源部位的冷却流道之间,不同连接形式冷却效果不同的问题,对冷却流量、流道进\出口压差及温差进行了深入研究。首先,计算了在常用切削工况下,车床电主轴及高速加工中心电主轴各热源部位的发热量;然后,基于经典流体力学理论,设计了流量压差实验,获得了冷却机流量压力输出特性曲线,并进一步计算了主轴与冷却机之间PVC软管沿程阻力系数、沿程压力损失、接头直径转换时的局部压力损失;接着,建立了电主轴整机流固耦合仿真模型,获取了冷却流道并\串联2种方式下不同流量的主轴进\出口压力差值,结合实验得到了冷却流道并\串联2种方式下实际的冷却流量值;最后,将实际的冷却流量值纳入了电主轴整机流固耦合仿真模型,仿真计算并提取了主轴进\出口温差,利用表征冷却效果的经验公式,计算并判断了冷却流道并\串联2种方式下的冷却效果。研究结果表明:主轴冷却流道之间采用串联方式优于并联,原因是轴承部位流道结构简单,总流量上串联与并联差异不大,在电机部位吸收的热量与并联方式的差距较小;同时,因轴承发热量较小,2种方式下轴承冷却流道出口部位温度差异较小,流道串联时流经轴承的流量相对高于并联,因此吸收的热量高于并联。高速电主轴冷却流道采用并联方式优于串联方式,原因是轴承部位流道结构复杂,总流量上并联方式明显高于串联;因轴承发热量大,并联方式下前轴承与电机部位流道出口温度明显高于串联方式,因而并联方式能吸收更多的热量,冷却效果更好。

基于转速和累积热误差的主轴补偿模型

当前基于温度或转速的热补偿方法受限于数控系统或模型自身的局限性,在分析电主轴热伸长变化率的影响因素的基础上,提出一种基于转速和累积热误差的主轴补偿建模方法。基于某立式加工中心主轴,设计了包含启动、升速、降速、停机多种变转速工况的转速-热伸长实验,由实验数据分别建立自然指数函数预测模型和累积热伸长预测模型,并对比两种模型在设计工况的预测效果;针对主轴的累积热误差补偿模型,分别开展设计转速、单转速和随机变转速3种工况下的补偿验证实验。结果表明,3种工况下,主轴刀尖热伸长经基于累积热伸长的补偿模型补偿后,至少降低69%。这种方法成本低廉,补偿效果明显,且通用性良好,对热补偿方法的推广应用具有重要意义。

转子式压缩机旋转角度监测试验研究

通过在曲轴上设计安装巧妙的测试装置,并配合转子式压缩机汽缸的吸排气零点角度,可实现压缩机汽缸吸排气角度与曲轴旋转角度的同步,进而得到汽缸滚子每时刻转过的角度。研究表明,通过定义汽缸零点角度值,合理设计测试装置输出脉冲信号反馈给PC上位系统软件进行解码,可实时同步输出压缩机汽缸滚子每时刻运转的角度数据,该试验数据反映压缩机吸排气系统周期性运转规律,可进一步应用于压缩机吸排气系统运动规律及pV示功图测试研究。