基于虚拟仿真技术的高精度数控机床自动控制系统

为实现高精度数控加工,设计基于虚拟仿真技术的高精度数控机床自动控制系统。该系统依托SolidWorks、Deep Exploration等软件,建立数控机床虚拟仿真三维模型,设计数控机床控制约束关系,获取数控机床运行数据,并将该数据内的跟随误差、误差积分、误差微分等作为控制输入变量,设计由神经网络和PID组成的混合控制器,利用该混合控制器输出数控机床自动控制量,实现高精度数控机床自动控制。实验表明:该系统在各种运行环境下的软件移植完整程度均超过95%,在控制数控机床运动速度时,跟随误差始终保持在-50~50 mm/min,应用效果较为显著。

可编程控制器在石油焦化装置中联锁系统的应用与设计分析

随着科技和国民经济的快速发展,机械自动化和可编程控制成为时代的潮流。目前,很多设备需满足高效率、高自动化的要求,为满足高效率、高自动化要求,组合机床常常被用来加工特殊的设备和特殊的工件。可编程序控制PLC的出现成功地解决了安装复杂、维修率高的问题,且其程序编制方便、不易受外界干扰、操作灵活,大大提高了机床的灵敏度,降低了运行管理成本、保证了产品质量。

Energy saving design of the machining unit of hobbing machine tool with integrated optimization

The machining unit of hobbing machine tool accounts for a large portion of the energy consumption during the operating phase.The optimization design is a practical means of energy saving and can reduce energy consumption essentially.However,this issue has rarely been discussed in depth in previous research.A comprehensive function of energy consumption of the machining unit is built to address this problem.Surrogate models are established by using effective fitting methods.An integrated optimization model for reducing tool displacement and energy consumption is developed on the basis of the energy consumption function and surrogate models,and the parameters of the motor and structure are considered simultaneously.Results show that the energy consumption and tool displacement of the machining unit are reduced,indicating that energy saving is achieved and the machining accuracy is guaranteed.The influence of optimization variables on the objectives is analyzed to inform the design.

基于元动作与马尔可夫链的再制造机床全状态可靠性研究

确保再制造机床的可靠性是提升客户对再制造机床认可的有效途径。基于此,提出一种基于元动作与马尔可夫链的再制造机床全状态可靠性分析方法。引入元动作单元分解法,从零件级进行分析,建立再制造机床FMA树。针对再制造机床元动作单元系统的特点,对其进行全状态建模,将再制造机床运行过程分为元动作单元正常状态和故障状态,引入马尔可夫决策过程,将元动作单元状态和马尔可夫决策过程结合,建立再制造机床全状态模型,用解析法求解模型,并对可靠性进行评估。最后,以再制造机床数控转台为例进行分析,验证了该方法的有效性和可行性。

基于贝叶斯网络推理的数控机床元动作装配情景异常识别

针对机床的机械故障频发且装配因素难以识别的问题,提出了基于贝叶斯网络的机床装配情景异常推理识别方法。以机械零部件多尺度运动分析为切入点,建立了机床功能-元动作的多尺度映射模型,利用故障模式及影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)方法建立了机床元动作单元关键装配情景构成模型。基于装配情景构成模型建立了元动作单元装配情景的贝叶斯网络结构,利用证据推理法实现了元动作单元装配情景异常概率的智能推理。以蜗轮转动元动作单元为例,构建了蜗轮转动单元装配情景初始贝叶斯网络,获取了蜗轮转动元动作输出的异常概率(由装配因素引起)为2.35%;以蜗轮转动故障为起点进行了贝叶斯网络反向推理,识别出导致蜗轮转动故障的各装配情景异常概率。元动作装配情景的异常识别为实现机床故障装配因素的追溯提供理论依据。

基于改进卷积门控循环神经网络的刀具磨损状态识别

刀具状态监测直接影响加工质量,对保障加工安全与提高生产效率起着重要作用。针对刀具加工信号分析较为复杂与深度学习求解耗时高的问题,提出一种基于改进卷积门控神经网络的刀具磨损状态识别网络模型。借助卷积神经网络(CNN)实现对数据中空间特性的获取,并利用双向门控循环单元(BiGRU)中数据时序特征处理能力提取原始振动信号的序列特征,将极限学习机(ELM)作为分类器进行刀具磨损状态识别。实验结果表明,在刀具磨损数据样本数量有限的情况下,该方法对于信号数据有较强的分析能力,运算速度快,能达到更好的识别精度。

数控机床的高速切削加工技术应用研究

为了推动数控机床切削生产技术的发展,技术人员应切实掌握先进的高速切削加工技术,明确主轴单元运行要求与主轴单元技术参数设置要求,了解数控机床高速切削加工技术的应用,熟悉五轴数控高速切削加工流程、高速切削加工刀具安全连接技术、刀具轨迹的生成方法及五轴数控高速切削加工技术,展望数控机床高速切削加工技术,不断向纵深化、工件加工高精度及绿色环保的方向发展。

基于元结构的精密机床床身结构动态分析和优化

为提高某精密数控机床床身抗振性能,运用结构动态优化原理和有限元法的变量化分析方法,对精密机床床身元结构进行动态特性分析。并以元结构分析结果为依据,提出了该床身结构的2种结构优化方案。比较分析2种结构优化方案与原床身结构方案的动态性能,分析结果表明,优化方案床身的动态性能得到了明显提高。

数控机床及其关键功能部件可靠性研究综述

目前我国数控机床及其关键功能部件的可靠性水平与国外差距明显。而可靠性已经成为衡量数控机床及其关键功能部件性能好坏的重要指标之一,因此,数控机床及其关键功能部件可靠性研究迫在眉睫。文章在国内外大量相关可靠性研究的基础上,归纳总结了数控机床可靠性故障数据的分析及处理方法、可靠性评价方法、可靠性增长技术及可靠性试验技术;分析了数控机床关键功能部件可靠性研究与整机可靠性研究的不同之处,提出了数控机床整机及关键功能部件可靠性研究方案及展望。

当前中国机构学面临的机遇

工业4.0以及智能制造是工业发展的必然趋势,但它们的发展必然是要建立在单元化装备尤其是机器人和高端制造装备的高品质基础之上的。近两年,机器人高调卷土重来,市场前景巨大;高端制造装备尤其是高档数控机床在我国需求依旧迫切。但不管机器人还是高档数控机床在我国的发展仍然不容乐观,它们仍然低迷的共同特征是所必需的基础元器件和数控系统依赖舶来品,受制于人,关键功能部件例如摆角头、高性能减速器(例如RV减速器)等制造技术缺失,导轨、丝杠等部件可靠性和性能保持性不足。尤其是,由于结构原理以及实现技术的原因,摆角头和高性能减速器均是串联式高端机床和机器人的核心功能部件,极大地决定了机床和机器人的功能和性能,也是机床和机器人行业能否达到和赶超世界先进水平的重要屏障。机构学是装备结构设计的基础学科,机构创新是装备创新的根本,在我国机床与机器人需要跨越式发展的当前,机构学领域担负着重要的创新责任。结合机床与机器人的结构、功能和应用特点,分析和探讨我国机构学在现阶段面临的机遇,为我国机构学者的研究与工业界对高端装备的需求实现有效结合提供参考。

元结构方法的理论建模和验证

元结构方法在结构分析中得到了很多应用,但是很少文献对其理论建模做研究。使用集中参数法对元结构及其复制成的整体进行分析,推导两者间振动频率的关系,从而建立元结构方法的理论模型。理论模型中,不考虑弹簧质量的模型称为简单模型,误差较大;使用瑞利法考虑弹簧质量所建的瑞利模型,误差比简单模型小。使用元结构方法的理论模型,在已知元结构振动频率和整体结构尺寸的情况下,能够完成整体振动频率的计算和设计。在第一个仿真算例中,验证了瑞利模型的误差(5.7%)小于简单模型的误差(15.6%)。在第二个仿真算例中,使用元结构方法指导了机床床身的设计。在试验算例中,使用元结构方法对一个铸件振动频率做出计算和设计。三个算例证明,元结构方法可以减小有限元仿真的建模工作量,可以减小样机的试制成本,是一种由局部特性推导整体特性的有效方法。

机床轻量化结构单元特征研究与静态性能分析

研究10类典型机床结构特征,提出了机床轻量化结构单元的概念。将支承件结构内部单元分为箱体类单元、壁板类单元、加强筋类单元以及工艺类单元4大类。对各类单元进行结构特征分析,归纳出4类单元类型型谱,并分别对铸造单元和焊接单元工艺特征进行描述。以含有壁板类单元的某立式加工中心立柱为研究对象,运用有限元分析法对其不同单元的参数化模型进行静态性能分析,结果发现内部结构为井字形单元的立柱静态性能最好。单元特征研究及其对支承件静态性能分析成果为支承件轻量化设计和优化设计奠定了基础。

考虑机床动态性能的床身元结构二次优化方法

通常在机床零件的拓扑结构形式确定以后,单纯的尺寸优化往往难以取得较好的效果。以某卧式加工中心的床身结构为研究对象,提出了一种在元结构优化分析的基础上对结构整体进行二次优化的方法。首先根据床身结构特点提取其元结构进行优化分析,按优化得到的圆形与椭圆形出砂孔尺寸参数对床身结构进行重新设计。然后采用响应面优化方法,将元结构分析的尺寸参数在床身整体结构中进行进一步优化研究。分析表明,在结构质量变化极小的前提下,单纯的元结构优化设计的床身能够改善结构单件及整机的动态性能,但改善幅度较小;而床身整体结构二次优化后其基频提高的幅度约是前者提高幅度的3倍,同时使得整机参考点在X方向的最大响应幅值降低55.2%,Y方向降低83.9%,Z方向降低82.8%。

机床轻量化设计基本单元物理性能与数据库的研究

探讨机床轻量化单元设计技术,研究壁板类单元的结构性能,构建机床轻量化设计基本单元数据库,为机床支承件轻量化设计提供科学依据。通过研究实际工程应用中机床支承件的内部结构特征,提出机床轻量化壁板类单元概念,抽象出7种壁板类基本单元,建立壁板类基本单元型谱。基于AN-SYS有限元分析方法,建立7种壁板类基本单元的参数化物理模型。在基本单元尺度参数和质量相同情况下,分别研究了7种壁板类基本单元的静动态性能。得到各种基本单元的拉、压、弯、扭静态性能,以及动态基频分布规律,为机床轻量化数据库提供数据来源。

数控机床主轴部件变形的有限元分析

利用有限元分析方法进行优化设计,在产品设计阶段就能对主轴部件静、动态特性作出符合实际的预测,使数控机床主轴部件实现优化设计,进而提高产品一次设计成功率、缩短产品开发周期,提高数控机床产品的设计水平。

基于多域互用的数控机床模块化配置设计

为实现数控机床各级功能部件的选型优配设计,提出一种多域互用的数控机床模块化配置设计方法。通过机床功能部件的机电液属性池定义模块,根据模块的隶属与层次关系创建产品偏序模板。定义关键模块、相关模块、虚拟模块,以表征各模块的优先级与重要性。根据零部件选型与优配约束,确定模块的实例化规则。由可比属性间的模糊隶属度推算两模块相关性,通过Karhunen-Loeve变换遴选出关键模块,根据支持矢量机多分类实现产品树重构。由布局设计促进模块实例化,由结构变异实现难直接重用零件的互用,根据设计需求输出模块化物料清单与装配体,最终实现多域互用的模块化配置设计。开发了模块化配置设计原型系统,应用于HMS系列某卧式加工中心设计,结果表明,通过'属性—模块—模板'的层级映射将已有的数控机床设计拓展到'布局域—选配域—变异域'多域互用的模块化配置设计,扩大了零部件借用范围,降低了不同布局的产品族间的非标件比率,有利于提高数控机床的设计效率和质量。

环切区域加工分步式刀具轨迹生成算法研究

与传统的集中式刀具轨迹计算方法不同，基于ＮＣ特征单元，把刀具轨迹计算分为两步完成，以此改善数控加工系统的可集成性、可视性和可控性．给出了抽象ＮＣ特征单元及适合２．５轴区域加工的环切特征单元的定义，提出了通过链接划分法生成环切特征单元，以及通过环切特征单元计算刀具轨迹的算法．

陶瓷轴承主轴单元动特性的实验研究

对陶瓷轴承主轴单元的动态性能特点进行了实验研究。研究发现，在相同预紧和脂润滑条件下，陶瓷轴承主轴单元的阻尼系数比钢轴承主轴单元小，主轴端部的直接动柔度比钢轴承主轴单元大。研究结果为采用陶瓷轴承主轴单元的高速和超高速数控机床的动态设计提供了实验依据。

基于BPMN的数控机床能耗多源动态特性建模及应用

针对数控机床能量源多、能量消耗动态变化复杂的特点,提出了一种基于业务流程模型和符号(Business process model and notation,BPMN)的数控机床多源动态能耗建模方法。依据数控机床不同子系统的功率特性,将其划分为时变能耗单元和非时变能耗单元,分析了其工作状态及耦合关系对数控机床能耗的影响;基于BPMN2.0规范,构建了能耗单元工作状态BPMN流程模型和BPMN耦合模型,提出了能耗单元工作状态能耗数据及耦合关系时序数据与BPMN模型的数据集成方法,构建了数控机床能耗多源动态特性模型。以某数控铣床加工过程为例验证了所述模型及方法的有效性。

高速电主轴过盈联结装置的设计

介绍了一种适用于高速高精度数控机床电主轴部件的轴向定位与扭矩传递装置———阶梯过盈套，它是一种可拆式过盈联结装置。文中阐述了该装置的结构特点和设计计算方法，分析了各因素对其承载能力的影响。通过设计实例。