泥水盾构带压更换刀筒闸门技术研究

泥水盾构施工过程中常压换刀刀盘因频繁换刀会引起刀筒闸门磨损,更换刀筒闸门时,刀筒闸门周围土体需处于相对稳定状态,否则会引起塌方或涌水等问题,甚至可能导致盾构机淹没等安全事故。以南京市和燕路过江通道为工程背景,研究并解决了带压更换刀筒闸门的施工重难点,包括地下水的封堵、泥膜形成、舱内气压稳定等,提出了包括制作止水环、形成泥膜、带压更换刀筒闸门等环节的施工操作规程,最终取得了良好的施工效果。

大直径泥水盾构常压刀盘滚刀刀筒适应性分析

为解决大直径盾构常压刀盘后置式滚刀刀筒在实际应用中存在刀具振动、非正常损坏频率高的问题,研究设计了一种新型的前置式滚刀刀筒。为检验前置式滚刀刀筒的可靠性,研究将前置与后置刀筒性能进行对比,将理论分析和实践应用相结合对刀筒结构的适应性进行分析。结果表明,新型刀筒结构设计较为合理。

大直径盾构常压复合刀盘滚刀刀筒结构设计与分析

为解决大直径盾构常压复合刀盘后置式滚刀刀筒在实际应用中螺栓受频繁交变应力影响易损坏的问题,通过借鉴国内外研究成果,设计前置式常压滚刀刀筒结构。将螺栓由受拉力承受滚刀推力的受力模式改变为刀筒直接承受滚刀推力,加强了对螺栓的防护。为验证该前置式常压滚刀刀筒的可靠性,通过理论与有限元分析相结合的方法,对前置式常压滚刀刀筒进行结构分析,包含静力学分析、模态分析及谐响应分析(静力学分析结果显示最大Mises应力未超过材料许用应力;模态分析与谐响应分析结果显示刀筒工作频率远小于结构自振频率,有效避免共振失效的发生),验证了刀筒设计的合理性。将该设计方案应用于实际工程项目,结果显示刀筒未出现螺栓松动、断裂现象,也未出现常压复合刀盘刀筒刀座压溃、刀筒失效等情况。理论分析与实践结果均显示该刀筒结构设计合理,可应对目标工程的地质情况,可为后续类似工程刀盘刀筒的选型设计提供参考。

斜面和自由面的高效加工方法

随着转产产品增多及新型光电装备领域的开拓,越来越多的零部件具有斜面和自由面。应用UG软件在五轴加工中心采用球头铣刀对斜面和自由面进行铣削加工,加工效率低,加工后需要花大量时间精饰外观,制造成本高,劳动强度大,生产周期长,而且表面完整性的实施过程难度大。本文运用hyperMILL软件在五轴加工中心上应用锥桶铣刀对陡峭面和自由面进行铣削加工,结果表明,这种方法加工效率高,能够得到良好的加工精度和表面质量。

整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成

研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术。根据鼓形刀具的几何特点,设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法,开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块。通过算例,证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的,与球头刀相比,对于同样的残留高度,可以增大加工行距,使刀轨长度变短,可提高整体叶轮数控加工的效率。

整体叶盘球头鼓锥形铣刀五轴加工技术

鼓形铣刀作为一种高效率的复杂曲面加工刀具,属于非标刀具范畴,其几何参数需要根据加工条件专门定制,目前,定制鼓形铣刀几何参数的有效工具的缺乏是限制其推广应用的主要问题。针对整体叶盘五轴数控加工,提出一种球头鼓锥形铣刀定制方法。该方法通过综合考虑防止干涉的侧倾角、清根加工的球头半径、保证效率的切削行距等约束条件,建立了刀具外轮廓数学模型,编写了刀具参数自动生成的程序。三叶片试件加工仿真和实际切削的结果表明,球头鼓锥形铣刀可以在不降低刀具刚度的条件下,满足叶盘试件加工。与球头铣刀加工相比,其加工效率能够成倍提升,叶片表面质量也有显著提高。

叶片曲面微结构加工刀位轨迹规划

针对基于单齿刀具的叶片曲面微结构加工效率不高的问题,以小叶轮为例对叶片曲面微结构加工进行了深入研究.先根据待加工叶片曲面的曲率信息,设计一种高效的微结构侧铣加工专用刀具——多齿鼓形刀;然后以叶轮叶片曲面五轴数控加工为背景,利用多齿鼓形刀对叶片曲面微结构的加工进行刀位轨迹规划,使加工出的微结构分布均匀;最后以计算实例验证提出方法的有效性,并计算其刀位轨迹长度和加工仿真的时间,与单齿刀具进行比较.结果证明:采用多齿鼓形刀所生成的刀位轨迹长度和加工仿真时间都约为单齿刀具的1/3,加工效率得到了明显的提高,约为单齿刀具的3倍.

圆柱分度凸轮非等径数控加工自动编程

圆柱分度凸轮廓形的非等径加工自动编程 ,能够及时有效地补偿刀具尺寸的变化 ,保证加工精度 ,降低刀具费用。介绍了在三轴联动数控机床上加工圆柱分度凸轮时 ,非等径加工的刀位点的确定、刀位点轨迹及编程坐标计算 。

鼓形刀密切法加工复杂曲面刀位轨迹生成

复杂曲面加工的刀具路径规划以往多是针对圆柱刀,圆锥刀等外形相对简单的刀具。与此相比,鼓形刀曲率可以很大,位姿变换较为灵活。为扩展其在凹形曲面等直纹面侧铣加工中的应用,基于密切法加工模型构架,引入鼓形刀侧圆弧半径和纬线半径,推导鼓形刀侧铣加工刀轴矢量、刀心位置的公式表达。根据密切法加工适应判别条件,由刀具几何性质论证了鼓形刀密切法加工条件不仅与曲面曲率有关,还受刀具姿态本身影响。通过算例验证了鼓形刀密切法加工刀位轨迹生成的可行性。

球头鼓锥形铣刀五轴加工刀刃切削区间分析

刀刃切削区间是指实际参与材料切削的刀刃范围,针对适用于小曲率自由曲面五轴加工的新型球头鼓锥形铣刀,提出了一种刀刃切削区间解析算法,为进一步优化切削力学和动力学模型奠定基础。基于微分离散思想,将刀具轨迹离散为一系列直线插补段,在每个刀位点处将曲面五轴加工近似为斜平面五轴加工。对斜平面加工参数化定义,确定了加工过程中刀具和工件及进给方向的相对位置,降低分析的复杂程度。解析表达了刀刃微元参与切削的空间约束条件,从而确定刀刃切削区间的上下界点。同实体建模法仿真结果对比表明,空间约束法在斜平面五轴加工切削区间分析中具有绝对精度,在叶片曲面五轴加工切削区间分析中最大误差不超过3%,且计算效率更高。

考虑切削刃真实运动轨迹的鼓形刀铣削研究

在数控加工过程中,为了获得较高的加工精度和较好的表面质量,在实际加工之前评价加工参数的合理性具有重要意义。铣刀加工时,在步进方向产生行间残留,同时由铣刀切削刃的间断分布,在进给方向上还会产生扇形残留。以鼓形刀为例建立加工模型,主要研究鼓形刀切削刃的真实运动轨迹以及每齿进给量、鼓形刀半径和鼓形刀切削刃数对扇形残留高度的影响,使用MATLAB软件进行加工仿真,并分析以上因素与扇形残留高度的关系,为评价鼓形刀加工参数的合理性提供了一定依据。

锥鼓形球头铣刀在诱导轮数控自动编程中的应用

以某型号螺旋诱导轮为加工对象,介绍了锥鼓形球头铣刀在其叶片侧铣精加工阶段数控自动编程方面的具体应用。结果表明,相比锥形球头刀,锥鼓形球头铣刀可有效地避免加工过切现象,充分地发挥侧铣加工方式高效率、高质量的优势。

小口径割管器的设计与应用

某盐井施工时,在245.00～270.00m孔段有25m钻具被水泥固结,进行透孔作业时,扫至孔深250.60m时,扫孔用岩心管被扫落的钻杆接头碎块卡住拧断,透孔时发现孔内遗留3.2m断岩心管、钻头等物。根据钻孔结构与遗留钻具的特点,自行设计一种主要由活塞柱、割刀片和复位弹簧组成的小口径割管器,将水泥固结钻具割断,并将钻具和多种残留管材打捞出孔。从割断后打捞上来的钻杆分析,钻杆切割面光滑、平整,钻杆被完全切透,说明此种割管器设计合理,各部件动作有效。

开式整体叶盘鼓形刀叶片精加工刀路规划研究

整体叶盘叶片精加工是决定整体叶盘质量的重要因素。针对开式整体叶盘叶片精加工切削刀路长和加工效率低的问题,首先分析了鼓形刀刀位轨迹规划的基本原理,然后给出了相邻切削行之间残留高度的计算方法,提出了鼓形刀叶片精加工基于切触点规划及刀轴优化的方法。该方法首先通过求交法确定切削面上的切触点,然后调整刀具姿态并进行干涉检查,确定每个刀位的无干涉刀轴姿态,即在可行域内优化得到最佳刀轴。将该方法集成到整体叶盘五轴数控加工编程软件UltraCAM中,经过数控编程、仿真分析及试切加工表明,使用鼓形刀进行叶片精加工,在相同残留高度的情况下,刀路数明显减少,刀路光顺,仿真过程中无刀具干涉,刀轴变化平稳,提高了加工效率,可应用于实际加工。

大直径泥水盾构常压刀筒冲刷特性研究

泥水盾构穿越粘土、泥岩地层时,粘性渣土易堵塞刀筒,造成滚刀自转受阻、偏磨严重,大幅度降低刀具使用寿命,制约盾构机掘进效率的同时带来较大经济损失。针对刀筒堵塞问题,本文采用CFD方法建立刀筒冲刷固液两相流模型,模拟刀筒内冲刷管路清除渣土过程,分析喷嘴进口压力对冲刷效率的影响规律,提出喷嘴进口压力应保持在9 bar以上的结论。进一步对喷嘴布置参数寻优,以喷嘴布置参数和剩余渣土体积分数λ分别作为BP神经网络的输入和输出进行训练,并将预测值作为适应度,采用遗传算法求解最优布置参数。结果表明:布置参数为Distance=142 mm、Angle=165°、Depth=35 mm时能取得最优冲刷效果;采用优化后的布置参数进行仿真,冲刷20 s后λ值由优化前的44.43%下降至8.89%,冲刷效果显著增强。

基于UG的开式整体叶盘五坐标加工工艺方法

针对整体叶盘复杂的结构特点,基于最小二乘原则,对叶盘叶片偏置面进行直纹包络,将可行加工域与插铣刀位轨迹进行规划,使粗加工材料去除量达到最大化。并对半精加工与精加工刀路进行了优化,确保了叶片的表面质量及加工稳定性。最后通过仿真加工验证了该方案的正确性,提高了加工效率与表面质量。

基于纬线法的鼓形刀具刀位误差分布计算

刀具误差分布是描述刀具表面与设计曲面之间相对位置关系的重要表达方式,在刀具姿态调整与行宽优化中具有重要应用价值。为提高鼓形刀具刀位误差分布的计算效率与精度,提出了一种基于纬线法的新算法,即纬线圆圆心定位法。该方法通过刀具表面一系列纬线圆的圆心来计算刀具表面与设计曲面之间的最短距离,进而求解其刀位误差分布曲线。针对纬线圆圆弧包络法、纬线圆圆弧离散法和纬线圆圆心定位法,讲解了3种计算方法的基本原理,并详细地分析了影响3种方法计算效率与精度的主要因素。然后,对比分析了纬线圆数量对3种方法计算效率与精度的不同影响。最终,利用某叶片零件加工表面进行了实验验证。结果证明,3种算法皆可满足行宽计算误差不大于5%的要求。但是,3种算法中,纬线圆圆弧离散法所需计算时间最长,纬线圆圆弧包络法其次,所需计算时间减少约50%,纬线圆圆心定位法的计算效率最高,所需计算时间减少约80%。在计算精度方面,纬线圆圆弧离散法与纬线圆圆心定位法精度较好且准确度相差不大,但是比纬线圆圆弧包络法精度提升不足5%。

复杂母线鼓形刀具宽行侧铣加工算法

基于宏域曲率吻合原则充分优化刀具参数,以鼓形刀有效特征线段上一端点与加工曲面的误差偏置面重合进行初步定位,通过调整鼓形刀具上有效特征线段端点的位置及刀具在该点绕曲面表面法矢方向和走刀方向旋转的角度以避免干涉和实现刀位优化,最终获得行宽为最大的无干涉刀位。

鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法

鼓形铣刀使用其大弧度切削刃进行切削加工,不仅可以采用大步距加工而仍保持相同表面加工质量,还可以通过改变刀具与工件曲面的切触点在刀具切削刃的位置使刀具和刀柄远离工件,避免碰撞,因此鼓形铣刀特别适合叶盘类零件的叶片曲面加工。现有的光顺刀轴矢量规划方法多使用最短路径算法在机床旋转轴位置的可行空间中求解光顺的刀轴矢量序列。然而,最短路径算法需要把连续问题转化为离散问题求解,在可行空间中的采样间隔越小,所得刀轴矢量序列的质量越高,但计算时间会很长。因此提出了缩短最短路径算法求解光顺刀轴矢量序列的计算时间的方法,并提出了鼓形铣刀侧铣加工叶盘叶片曲面的光顺刀具路径生成方法,该方法同时考虑机床旋转轴和刀具刀尖点运动轨迹的光顺性。试验结果表明,该方法生成的刀具路径能够使机床轴运动平稳。