面向笔筒自动化生产的智能制造实验教学平台建设

针对智能制造工程专业的实验教学需求,面向笔筒自动化生产开发了智能制造实验教学平台。将数控机床、机器人、智能检测等技术应用到笔筒加工、装配和检测中,融合了加工制造、机构设计、机器人、智能检测、数据通信、软件编程等方面的实验教学内容,构建了多学科交叉的智能制造实验教学平台,为新工科背景下智能制造的多层次、多交叉实验教学奠定了基础。

基于PIC的轻简式苗期盖碗覆土机的设计与试验

对丘陵山区井窖式移栽作物,如烟苗、辣椒苗等其他农作物而言,覆膜是植株培育过程中必不可少的环节。然而,对丘陵地区作物覆膜劳动强度大,且残膜遗留问题严重,难以回收再利用,污染了土地,增加了移栽成本,严重制约了农业经济发展。农艺学家提出了对于丘陵地区使用碗罩移栽代替地膜是一种较好的解决方案。目前,丘陵山区的烟田盖碗工作由人工完成,劳动强度大,效率低,没有与此农艺相匹配的机器。为此,设计了一款适用于丘陵山区的轻便式自动盖碗机,包括盖碗系统、覆土系统和控制系统。盖碗系统包括盖碗传动装置和盖碗执行装置,可确保碗的分离和一次只盖一个碗;覆土系统由覆土电机和覆土推板构成,当盖碗工作完成,提起机器的同时完成覆土,使碗固定在井窖中。试验结果表明:装置落碗定位准确,工作效率达到4s/个以上,盖碗覆土成功率不低于94%,满足设计要求。

轻便式烟田苗期揭碗机设计

烟草苗期盖塑料碗膜能显著提高烟草产量和质量,但后期碗膜回收困难。为解决丘陵山区的碗膜回收难题,促进农业机械化,实现绿色农业发展,设计了一种轻便式烟田苗期揭碗机器。其中,揭碗机构采用电机驱动,对土壤进行切割以揭起塑料碗膜。为了保证碗膜在不同的土壤条件下都可以被揭起且不会损坏碗膜,碗揭力的大小设计为可以调节。揭碗机由揭碗机构、收碗机构、棘轮棘爪机构、工作开关、碗膜升降电机、揭碗电机、机架、霍尔传感器和锂电池组成。试验结果表明:揭碗机平均碗膜回收率为97.0%,控制精度高,达到了塑料碗膜回收机性能设计指标,满足使用要求。

基于虚拟仿真技术与实际操作相结合的数控加工实验教学设计

基于多层次项目驱动、自动编程以及拟真机仿真加工与实际操作相结合,提出了开放式数控加工实验教学模式,可在有限空间开展多数控工种的实践教学,全面提升学生的数控加工实践能力和专业素养。并以离合器加工实验项目为例,对实验项目的工艺分析、自动编程、拟真机仿真分析和实际操作等过程进行了介绍。

采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性;提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明:在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差;大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大;当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强;当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。

单晶硅裂纹萌生的刻划深度研究

单晶硅作为典型的脆性材料,实现其塑性域去除加工的关键是使切削深度小于裂纹萌生切削深度。采用断裂强度理论,建立单晶硅刻划加工时的径向裂纹、中位裂纹和横向裂纹萌生刻划深度计算方法,计算得到裂纹萌生的刻划深度和划痕深度。设计高速刻划单晶硅的玻氏压头试验装置,并进行单晶硅片刻划试验,实测其径向裂纹萌生的划痕深度,其划痕深度计算值与试验测量值一致性较好。

齿轮轴的设计制造与检测综合实验模块化教学研究

现代机械工程具有复杂性的问题特征,良好的工程教育不仅需要学生扎实地掌握各环节独立的专业技能,而且必须建立起各环节专业知识的内在联系,只有这样才能培养出高素质的机械工程人才。本文围绕机械加工中典型的零部件齿轮轴,提出了从设计、制造到检测的全过程成果导向式模块化实验教学,将机械专业知识融会贯通,并使其原本的知识内部结构关系得以体现。采用开放式实验教学模式,有利于培养“过程+结果”新工科应用型技术人才。

电镀金刚石线锯镀镍层力学性能及磨粒把持力研究

电镀工艺参数直接影响电镀金刚石线锯镀镍层的力学性能且难以测定。按金刚石线锯电镀工艺制备电镀试件,利用纳米压/划痕仪、X射线衍射仪测试试件的力学性能,得镀镍层的硬度、弹性模量、残余应力以及镀镍层与线锯基体的结合强度。简化计算镀镍层对金刚石磨粒的把持力。根据试验获得的镀镍层力学参数建立磨粒把持力有限元模型并进行仿真分析。简化计算与仿真分析的结果一致性较好。

基于数字图像处理技术的白麻花岗岩含水率检测

针对花岗岩含水率检测周期长、自动化程度低等问题,以白麻花岗岩为研究对象,提出了基于图像特征的含水率检测方法。利用数字图像处理技术对白麻花岗岩图像进行分割、亮度归一化、降噪等处理,以降低图像亮度不同和颜色对比度差的影响,分析了图像灰度直方图的均值、方差、歪斜度、峰态、熵等5种图像特征与含水率之间的相关性,基于最小二乘法进行线性回归分析,建立了基于图像特征的白麻花岗岩含水率检测模型。通过含水率检测试验对该模型进行验证,结果表明,检测相对误差的均值为2.10%,方差为1.05,平均检测时长为15.59 s,该模型具有较高的检测精度和较快的检测速度。

电镀金刚石线锯表面磨粒分布密度的多相机视觉检测

电镀金刚石线锯广泛用于单晶硅、蓝宝石、单晶碳化硅、陶瓷等硬脆性材料的切片加工领域,其表面磨粒分布密度直接影响其切片加工性能。用4台CCD相机采集金刚石线锯表面图像,对图像进行高斯滤波预处理,并基于柱面模型将图像展开,以图像中磨粒重心为特征点,通过特征点匹配及筛选、配准模型求解、图像重采样、图像重合区域去除等方法完成图像拼接,得到金刚石线锯全圆柱表面图像,再利用连通域查找提取金刚石线锯全圆柱表面图像内的磨粒数量。结果表明:提出的金刚石线锯全表面图像磨粒分布密度检测方法能提高其磨粒分布密度在线检测精度,与单相机检测的半表面图像结果相比,其磨粒分布密度检测结果的最大相对误差下降29.6%,平均值相对误差下降17.3%。

悬浮上砂金刚石线锯的锯切性能试验分析

采用不同上砂位置的悬浮上砂电镀金刚石线锯对单晶硅进行锯切试验,记录锯切时间,计算锯切效率,对比不同上砂位置锯丝的锯切性能。用扫描电镜对锯丝上砂及磨损情况进行观测,用表面粗糙度仪对硅片表面粗糙度进行测量。试验结果表明:不同上砂位置的锯丝的磨粒密度相差较大,上砂位置靠近上砂槽体中心的锯丝磨粒密度最大;磨粒密度较大的锯丝的锯切效率较高。磨粒密度为585颗/mm的锯丝锯切效率为4.949 mm^2/min,比磨粒密度为446颗/mm的锯丝锯切效率(2.158 mm^2/min)提高了138%;用磨粒密度不同的锯丝加工出的硅片表面质量差别不大;锯丝的磨损及损伤形式主要是磨粒的磨损、磨粒的脱落及锯丝镀层的磨损与损伤。

电镀制备金刚石线锯时扫砂管喷砂口流速的仿真分析与实验研究

针对电镀金刚石线锯的过程中采用一端进液扫砂管时上砂槽内沉砂、上砂不均等现象,设计了中间进液扫砂管,并在1.40 m/s和1.80 m/s的入口流速下对两种扫砂管进行了流场仿真分析及实验研究。结果表明,两种结构扫砂管的仿真分析与实验结果都比较吻合。在研究的入口流速下,一端进液扫砂管上距离入水口最远的喷砂口的流速最大,随着喷砂口与入口距离的减小,流速逐渐减小;中间进液扫砂管左右两端喷砂口的流速最大,入水口两侧的流速大致对称分布。中间进液扫砂管在上砂槽内的搅拌效果优于一端进液扫砂管。

地膜覆土清理装置的设计

在地膜回收作业时,因覆盖在地膜上的土壤板结造成揭膜困难,需要对地膜上的覆土进行清理。为此,采用图像识别的方法,设计了一种地膜覆土清理装置。装置运行时,单目摄像头在畸变校正处理后进行膜土的图像采集,经过Arduino Due单片机对采集的图像进行K-means二值化处理方式进行图像分割,并识别和提取出边膜轮廓图像;主控制器结合处理后的图像信息对电机进行控制,带动刨土铲切土刨土,完成对覆盖在地膜上的板结土壤的清理工作。试验结果表明:装置的平均识膜率不低于95%,伤膜率不高于3%,平均覆土清除率达到80%。

琥珀酸曲格列汀合成路线改进

本文对琥珀酸曲格列汀的合成路线进行了改进。用2-氰基-5-氟苄醇代替刺激性强、对人伤害大的2-氰基-5-氟苄溴,并采用"一锅煮"法合成中间体1,简化了操作。本文描述工艺为工业放大提供了一条可行的路线。

基于3D扫描的逆向建模实验教学研究与实践

逆向工程技术是获取已有产品参数并能在此基础上进行快速创新设计的重要途径。为推进大学生本科实验教学的创新,针对目前毕业生实践和创新能力不足的问题,建立基于3D扫描的逆向建模实验课程。实验首先应用Ein Scan-Pro 3D扫描仪对实物模型表面进行扫描,获取点云数据;再利用Geomagic Design X逆向处理软件对CAD模型进行重构;最后导入Creo软件中,进行模型再设计。实验完成后,改变对学生原有的单一性终结化评价,建立多元化考核评价体系。该实验不仅有利于让学生熟悉先进的零件建模技术,而且对提高学生的创新意识和工程实践能力具有重要作用。