数控精密立式磨床空间误差建模及溯源分析

数控精密立式磨床在加工时具有变形量少、圆度更好的优点,广泛应用于机床行业中套筒类、盘类、环类、小型工作台等零件的磨削加工领域。与国外相比,国内机床行业在高端磨床领域存在着生产效率低、加工精度差等问题。以某型号数控精密立式磨床为研究对象,首先通过研究各关键部件之间的运动关系,得出相应的几何误差参数,运用多体系统理论建立了部件之间的变换矩阵,进而得到磨床的精密加工约束方程,从而建立磨床的空间几何误差模型。依据该空间误差模型,建立误差灵敏度模型,得到影响加工精度的关键误差项。最后针对关键误差项进行误差修复,完成对数控立式磨床加工精度的优化,可在立式磨床设计阶段提供一定的设计理论基础。

基于刀具寿命的新型螺旋槽丝锥设计

以螺旋槽丝锥参数分析为依据,对M24螺旋槽丝锥的材料选用、表面状态、热处理方法和工艺、刀具结构参数、切削液的选择和刀具寿命进行了研究和优化设计。分析了M24螺旋槽丝锥的热处理工艺参数和金相组织。通过寿命分析发现,研制的丝锥切削扭矩、排屑能力、切屑情况及刀具耐用度与进口丝锥基本相当。本文研究具有一定的应用价值。

镗杆切削力感知单元结构设计与优化

为满足测量镗杆切削力的需求,采用ANSYSWorkbench有限元分析软件对镗杆等效应力与等效应变分析,确定感知单元安装位置。提出两种镗杆感知单元结构,运用响应曲面优化法确定感知单元最佳优化方案,通过计算、分析相关参数,来确定最佳的优化方案,并与优化前的感知单元结构方案进行比较。结果表明:当未超过应变式微力传感器最大等效应变时,均布式感知单元结构中镗杆最大测量值为329N;以附加支撑感知单元最大测量值为1000N为设计目标,获得5种最优结构参数,在实际设计制造中,可根据实际情况从中进行选择。

双级串联调谐质量阻尼器减振镗杆的设计与性能仿真分析

针对大长径比镗刀杆在加工大型复杂零件的孔及孔系结构中容易产生振动、加工效率低且加工质量不稳定等问题,提出了一种内置双级串联调谐质量阻尼器的新型减振镗杆,建立了减振镗杆的力学等效模型,通过求解和分析减振镗杆的振幅比,确定了减振镗杆最优的阻尼器长度及阻尼比。利用MATLAB/Simulink分别求解减振镗杆和普通镗杆的加速度响应信号,结果表明,减振镗杆的吸振性能显著提高,振动衰减时间大幅缩短。应用Workbench对两种镗杆进行模态分析和谐响应分析,得到固有频率和幅频曲线,发现减振镗杆的振幅远小于普通镗杆。本研究为减振刀具的研制与推广提供了一定的理论参考。

扩孔参数对AF1410超高强度钢切屑微观形貌的影响

通过对AF1410钢扩孔加工试验探究主轴转速和进给速度对切屑微观形貌的影响,为改善切屑形貌提升AF1410超高强度钢的扩孔质量提供依据。对有典型形貌特征切屑的自由表面、后表面和上表面进行观测,结果表明,切屑自由表面均为锯齿状片层结构且锯齿片层的宽度随主轴转速和进给速度的增加而增加。切屑后表面整体较光滑,随着主轴转速的增加,后表面光滑程度增加,利于提升已加工表面质量,且在主轴转速为800r/min时,顶部出现撕裂锯齿状毛边,同时进给速度对后表面影响较小。切屑上表面均呈周期锯齿状,切屑厚度随主轴转速增加而减小,锯齿高度随着主轴转速和进给速度的增加而增加。

磨削工艺参数对硬质合金刀具磨制损伤的影响

硬质合金刀具被广泛应用于航空航天、汽车、冶金等高端制造领域。硬质合金刀具的生产通常采用金刚石砂轮磨削加工,因此,砂轮的磨削工艺参数对刀具的成品质量有重要影响。本试验通过改变砂轮的线速度及进给速度加工硬质合金麻花钻,加工完成后,采用超景深显微镜、白光干涉仪和扫描电镜对钻头的磨削表面以及亚表面进行检测,分析砂轮进给速度及线速度对加工损伤的影响。结果表明:砂轮进给速度和线速度越大,锯齿量越大;当线速度与进给速度较小时,钻头的主切削刃易出现微崩刃现象;砂轮进给速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越大;砂轮线速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越小;钻头后刀面处的亚表面最大损伤深度随线速度的增大而减小;当线速度30m/s、进给速度160mm/min时,钻头的磨削损伤最小。

单向带复合材料ADU制孔刀具设计及验证

针对复合材料叠层ADU钻孔刀具开发测试周期长、样刀试制成本高以及制孔易损伤等问题,利用数控加工设备和ADU工具以相同的加工参数测试不同刃型的直柄硬质合金刀具,比较刃型结构对复合材料制孔质量的影响,确定最优结构后定制螺纹柄刀具开展ADU制孔验证,寻求一种便捷快速、成本较低的刀具开发路径,解决复合材料ADU制孔损伤问题,为复合材料叠层ADU钻孔刀具的选型测试提供参考,提高刀具开发效率,降低生产研发成本。

GH4169高温合金超声辅助切削试验研究

GH4169高温合金常温和高温条件下硬度及强度较高,常规金属切削的热软化效应不明显,同时由于材料热导率低,加工硬化明显,采用传统数控加工方式存在刀具易磨损、加工效率低等问题。为实现高温合金的优质高效加工,开展不同加工工艺参数下的常规铣削及超声铣削力学响应对比实验,分析同一工况下常规铣削和超声辅助铣削的刀具磨损,揭示了不同加工参数对铣削力的影响规律及侧铣过程中超声辅助铣削较常规铣削的优势。

卫星用CFRP/铝合金叠层套钻孔工艺

针对卫星框架产品中CFRP/铝合金叠层结构制孔精度差、缺陷多的问题,优化改进此类叠层结构制孔工艺。通过总结CFRP/金属叠层结构的特点并进行分类,分析传统制孔、螺旋铣孔和套钻制孔的钻削机理,开展对比试验,通过对孔径尺寸、孔壁质量、贴片脱落数的综合评定,确定最优加工工艺方案;通过单因素对比试验研究了加工参数对叠层结构孔加工质量和加工精度的影响规律,并依此优化工艺参数。试验结果显示:采用套钻制孔,可明显提高制孔质量与制孔精度。确定最优加工参数组合为主轴转速3000~4000r/min,进给速度30~40mm/min,该工况下孔径尺寸符合公差要求且加工缺陷少,孔壁表观质量好。

基于改进K-means聚类定心算法的曲轴轴颈圆度误差评定

曲轴轴颈的圆度误差作为曲轴必检的核心尺寸,直接影响曲轴的寿命和性能。针对圆度误差求解数据量多和计算复杂的问题,提出一种基于改进K-means聚类定心算法的圆度误差评定方法。该算法通过对轴颈采样通道的样本点进行环形聚类获得集合UK,同时以设计的目标控制器剔除UK的噪声点,以UK的最小二乘法圆度评定误差fm来估计整个环形样本的误差。聚类值从K=5循环迭代增加,直至fm符合预设统计质量控制规划。评定结果表明,聚类定心算法的圆度误差评定方法能实现曲轴圆度误差的高效、精确评定。

航空发动机风扇单元体高效孔加工技术

论述了涡扇发动机风扇单元体孔的特征、加工难点和加工刀具的设计思路。针对特征孔加工周期长、质量差的问题,设计了新型加工刀具及改进加工工艺路线,提高了加工效率和零件质量,形成一套高效的孔加工方案,有利于提升航空发动机整体制造水平。

基于VMDFK和图像编码技术CNN网络刀具磨损状态识别

针对采集刀具加工数据过程中有冗余信息和干扰信号,导致刀具磨损状态特征识别困难、识别精度不高等问题,提出一种基于快速谱峭度图的变分模态分解模态分量选取(VMDFK)与格拉姆角场(GAF)图像编码技术相结合的卷积神经网络(CNN)刀具磨损状态识别方法。首先通过变分模态分解和快速谱峭度图,筛选符合要求的模态分量并重构;再采用形态滤波对重构信号去噪和增强;最后通过格拉姆角场图像编码技术,将经去噪增强后的信号转换为格拉姆角场图,并将其输入卷积神经网络中提取特征,较好地解决了信号中的干扰和图像识别中图像特征不明显问题。实验结果表明:该方法可准确清晰地展现刀具磨损状态的特征,在即时性、准确度等方面有较大提高,实现对刀具不同磨损状态的实时智能识别,具有较好的效果。

基于Deform-3D的单刃内排屑刀具钻削仿真研究

针对某航空液压伺服阀芯的内孔难加工问题,设计了一款直径0.85mm的单刃内排屑深孔钻,并使用Deform-3D软件进行加工过程的仿真模拟,对不同工艺参数下的轴向力、扭矩和切削温度进行对比分析。仿真结果表明:转速为15000r/min时,进给量越大,加工时轴向力和扭矩越大;进给量为0.04mm/r时,转速对加工中的轴向力和扭矩影响较小;不同转速和进给量下,钻削温度在145℃~165℃之内。仿真结果可以为航空液压伺服阀芯的内孔加工工艺参数的选择提供一定参考。

新型可换头钻头参数优化有限元分析

利用AdvantEdge有限元仿真软件对新型可换头钻头的切削过程进行模拟仿真,通过极差法分析仿真数据,得出在切削过程中定位孔深度对扭矩、温度和Mises应力的影响最大,其次是定位孔直径,刀头模块排屑槽圆弧直径的影响最小;定位孔直径对切削力影响最大,其次是刀头模块排屑槽圆弧直径,中心定位孔深度的影响最小。直径D_(1)=32mm的新型可换头钻头最优结构参数为:刀头模块排屑槽圆弧直径为7mm,定位孔直径为5mm,深度4.5mm。

高性能高温合金钻头试验研究

高温合金切削加工性能差,采用传统钻头加工高温合金存在零件效率低和刀具寿命很短等问题,因此需要研制新型钻头。新型钻头从基材、涂层、几何结构到冷却方式都进行了系统性和针对性优化。切削试验表明,新型钻头的最大轴向钻削力仅为传统钻头的72%左右,孔壁的表面粗糙度Ra值仅传统钻头的1/2,切削800mm后仍处于可继续切削的正常磨损状态,与其他厂家钻头相比,磨损量小且寿命优势明显。新型钻头能够满足高温合金和钛合金钻削加工中的长寿命和高精度要求。

加工中心缸孔镗刀振刀损伤故障诊断及处理分析

针对加工中心缸孔镗刀振刀损伤故障,通过对加工中心结构的综合阐述,结合故障案例及原因分析,论述了压表取值检测法和拉刀行程检测法等2种主轴跳动检测方法,系统地从刀具调整、主轴跳动、夹紧定位等因素对振刀故障进行分析和排查,并给出相应解决调整方法。

钻头微织构参数对切削力的影响研究

为探究微织构参数对切削力的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件建立硬质合金麻花钻钻削钛合金材料的仿真模型,设计正交试验方案,确定织构参数对切削力的主次影响因素,设定A为微槽织构间距,B为离刃距离(织构离切削刃的距离),C为微槽织构长度,确定研究范围内织构参数的最优组合。结果表明:影响切削力的主次因素为B>A>C,最佳微槽织构参数组合是A为12.5μm、B为30μm、C为275μm。与无织构钻削刀具相比,最优组合的织构刀具可使切削力降低16.4%。

涂层残余应力测量及涂层刀具损伤表征研究综述

涂层寿命直接影响涂层刀具的使用寿命,而涂层中残余应力的大小及分布是涂层寿命的主要影响因素。本文对涂层结构残余应力测量常用的钻孔法、X射线衍射法、拉曼光谱法的原理及应用进展进行了综述,讨论了每种方法的优势及局限性,总结归纳了涂层刀具损伤失效的表征方法及涂层残余应力演化与刀具损伤失效之间的关联。

切削参数对LA103Z镁锂合金加工性能的影响研究

采用单因素变量法设计了不同切削参数的实验方案。研究切削参数对LA103Z镁锂合金切削力、切削温度和表面粗糙度的影响规律并确定热力耦合作用与表面加工质量的关联关系。研究结果表明:切削参数对LA103Z镁锂合金切削性能影响明显。其中切削速度、进给量和背吃刀量分别对切削温度、表面粗糙度和切削力有明显影响。在进给量一定的情况下,切削力和切削温度联合作用影响表面粗糙度,整体上来说切削力的影响范围更大。

结合与集成学习的钻削过程刀具状态实时监测

为了能够有效识别钻削过程中刀具的磨损状态,为工厂实际加工过程提供刀具磨损的及时预警,开发了一种基于LabVIEW的钻削刀具磨损状态监测平台。平台可以实现实时采集振动信号并进行时域、频域和时频域的特征提取和数据保存。通过将遗传优化算法、BP神经网络与集成学习结合,构建了GA-BP-Adaboost模型,借助LabVIEW与MATLAB混合编程实现了模型搭建。最后,经过钻削实验分析实时信号及其多种特征对钻头刀具磨损状态的的表征情况,选择三层小波包分解的1、6、8频带作为模型的输入数据训练模型,经测试,模型的分类精度在90%以上。同时,平台的实时响应时间不超过3 s,可以满足实际加工过程的要求。