绿色切削微量润滑技术润滑剂特性研究进展

微量润滑技术作为一种典型的绿色冷却润滑方式,近年来逐渐受到科学界和产业界的重视。而目前在微量润滑技术工程化应用中,由于机理研究的缺乏,在加工工艺参数的选择上始终存在盲目性,也难以实现微量润滑系统参数与加工工艺参数的最佳匹配,以达到最优的切削效果。作为微量润滑技术工程化应用中的关键因素之一,润滑剂特性决定于工艺参数及润滑剂的理化性质,并直接影响到微量润滑技术的冷却润滑效果。综述微量润滑技术雾粒特性、渗透特性及润滑剂选择方面的最新研究进展,旨在建立其与切削性能之间的量化关系。这些研究可为进一步揭示微量润滑技术增效机理提供理论依据;为微量润滑系统参数和工艺参数的优化,选择和研制微量润滑专用润滑剂,建立微量润滑绿色切削整体解决方案提供科学指导。

面向服务的绿色高效铣削优化方法研究

绿色高效是对现代制造业提出的迫切要求,制造服务的理念指明制造业转型升级的重要方向。以数控铣削加工为例,从一个层面研究了以面向服务为核心的绿色高效数控多次进给铣削加工参数优化问题,建立了满足高速铣削稳定性要求,以铣削过程利润与铣削碳排放量为目标的优化模型,应用自适应粒子群算法对模型寻优求解,并与数控切削参数数据库实现信息共享,通过铝合金高速铣削参数优化实例进行了模型验证,表明该寻优模型的泛化能力满足网络环境下复杂制造过程的服务增值需求。最后分析比较了不同优化变量对目标函数的影响趋势并定量计算了目标函数对优化变量的灵敏度值,为服务于企业的绿色高效铣削加工参数选择和工艺制定奠定了理论基础。

GH4169和K4169切削加工性能对比研究

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金,具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验,从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异,从力学性能及显微组织两方面解释了差异产生的原因。结果表明,试验各组参数下,两种材料切削力无显著差别;随着切削速度和进给量的增加,切削GH4169时刀具磨损形式由刀尖磨损过渡到后刀面均匀磨损最后转变成沟槽磨损,切削K4169时刀具失效形式主要为后刀面均匀磨损和沟槽磨损,并未出现严重的刀尖磨损,K4169组织中的C化物等硬质点是导致其切削力波动较大及刀具产生沟槽磨损的主要原因。

基于小波包及Hilbert-Huang变换的数控铣削颤振诊断技术

为了提高产品加工质量,根据试验测得铣削系统颤振稳定域,制定并采集数控铣削振动信号,以保证采集信号的准确性;融合小波包变换与希尔伯特黄变换,从能量频域分布与幅值概率统计分布两方面提取信号特征值,其中小波包降噪作为信号前置处理能有效降低环境噪声干扰的影响,提高经验模式分解的精度;建立基于模糊支持向量机的颤振诊断模型,将振动信号分为平稳铣削信号、微弱颤振铣削信号、颤振铣削信号及刀具磨损铣削信号。实验结果表明,该模型具有良好的铣削振动信号辨识与诊断能力,预测准确率达97.3%,为数控铣削加工振动信号的准确辨识与诊断提供了一种新方法。

MBD模型本体建模及检索技术研究与应用

针对产品全三维数字化研制中产生的MBD历史建模数据重用性需求,提出了一种基于本体技术的MBD模型知识表达与管理方法,综合考虑几何信息与非几何信息进行检索应用。首先,根据MBD数据集规范性要求,以模型检索为目的,构建本体结构,分为几何信息层与非几何信息层进行具体阐述;其次,根据已构建本体结构,给出几何信息层与非几何信息层相似性对比方法;最终,综合几何信息与非几何信息,实现MBD模型检索。本文方法通过本体技术,将MBD模型数据进行结构化、语义化表达和存储,在此基础上,综合考虑几何信息相似度及非几何信息相似度,进行相似模型检索,实现MBD模型信息重用。

与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学探讨

针对工程图学课程教学,从工程应用角度介绍了产品定义技术所经历的3个阶段,即二维设计二维出图、三维设计二维出图和全三维数字化定义,引出基于模型技术的起源与应用发展。结合波音787飞机模型解析了基于模型定义数据集的组成和表达形式。引用航空标准中几何尺寸与公差标注方法,以圆柱面为例,探讨了与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学案例,对比分析了二维工程图和三维基于模型定义数据集的表达内容、表达形式和优缺点。与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学,一方面可以增加课堂信息量、拓宽学生的知识面,强化学生的工程基础,为后续专业课程学习和实际应用打下良好基础;另一方面也可以激发学生的学习兴趣和科研兴趣,形成科研与教学之间的良性互动。

纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。

基于电涡流阻尼器的数控加工振动抑制

弱刚性零件在数控加工中极易发生变形、让刀等现象,对加工质量及效率构成严重影响。基于电涡流阻尼器利用导体在恒定磁场中运动或者利用时变电磁场在导体上产生电涡流阻尼力,提出并设计适用于弱刚性结构件数控加工振动抑制的电涡流阻尼器结构;结合理论建模,提出四种设计方案并对其减振性能进行测试和比较。模态实验表明,四种阻尼器方案均能较好的对工件振动进行抑制,频响函数幅值最低下降55%;模态参数辨识表明,电涡流阻尼器可使系统阻尼增加70.73%,而对其余动力学参数的影响较小。切削实验表明,该电涡流阻尼器可增加工件临界稳定切深171%,减少切削加工振动信号58%以及降低表面粗糙度89.7%。

低温微量润滑技术喷嘴方位正交试验研究

低温微量润滑切削技术作为一种理想的绿色冷却润滑方式,已经成为机械加工领域研究的热点之一。选择外部微量润滑与低温冷风的集成作为低温微量润滑系统的实现方式,给出了确定系统喷嘴方位的3个参数：喷射方向与进给方向夹角β、喷嘴仰角α和喷嘴距切削区的距离d,并分别构建了其几何模型。针对β角,给出了最优β角与切宽半径比（B/R）的曲线。通过正交试验研究了喷嘴方位的3个参数（β、α、d）对低温微量润滑切削性能影响的重要程度。结果表明,距离d对切削性能的影响最大;其次是β角;α角的影响最小,可根据实际工况选择α在30°~60°即可。

铣削力建模技术研究及实验对比

结合力学仿真与切削实验,对铣削力建模中的刀具类型、切削力模型、切削力系数辨识及铣削方式等关键技术进行了对比研究。结果表明:线性和指数切削力模型均能精确预测铣削力,以X、Y向切削力为例,圆柱螺旋立铣刀仿真与实验的最大误差为5.60%;采用线性模型与全局切削力系数辨识球头刀铣削力时,精度较圆柱立铣刀低,最大误差为9.17%;采用切削力系数分层辨识,可显著提高球头刀铣削力仿真精度,与全局切削力系数辨识方法相比,分层辨识方法可将球头铣刀的铣削力的预测误差下降至1.97%。此外,铣削颤振预测是铣削建模的重要内容,该对比研究可进一步拓展到颤振稳定域图预测。

钛合金铣削加工中冷却润滑方式的作用效果研究

为了研究不同冷却润滑方式对钛合金铳削加工的影响,采用硬质合金刀具端面铳削方式在浇注式(WET)、干式(DRY)、微量润滑(MQL)、低温冷风(CA)及低温微量润滑(MQL-CA)条件下进行钛合金TC4切削试验,通过观测切屑颜色形态及测量切削力、表面粗糙度和刀具磨损衡量加工效果。结果表明,在金属去除率为1800mm3/min条件下进行连续26min的铳削加工后,MQL方式表面质量最好、表面质量稳定性最好、切削力最低、后刀面平均磨损长度及最大磨损长度均处于所有加工方式中的中间水平;CA方式表面质量最差、表面质量稳定性最差、切削力高于MQL及MQL-CA方式,低于DRY及WET方式,但其后刀面平均磨损量仅为0.008mm,最大磨损量为0.039mm,在所有加工方式中均为最小;MQL-CA方式表面质量及表面质量稳定性均处于5种方法的中间水平,切削力合力平均值仅高于MQL方式,低于其他方式。后刀面平均磨损长度为0.054mm,高于CA方式,略低于MQL方式。3种冷却润滑方式均优于传统浇注式切削及干切削,在钛合金铳削生产中可以推广应用,其中低温冷风切削更适用于粗加工,微量润滑切削更适用于精加工生产。

数控加工过程颤振识别与抑制系统

为识别和抑制数控机床加工过程中的颤振现象,设计开发了一套基于切削噪声无线监测的数控加工过程颤振识别与抑制系统。通过测量和分析切削过程产生的噪声信号,结合时域与频域方法判断加工过程是否发生颤振,若发生则根据颤振频率匹配法给出主轴转速的调整建议。系统硬件部分使用工业麦克风和NI无线设备采集加工过程噪声信号并无线传输至计算机,软件部分包括采集设置、数据存储、信号分析等相关功能。实验证明,系统对实际加工过程的颤振现象判断准确,抑制明显。

SiC_(p)/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_(p)/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_(p)/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_(p)/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_(p)/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_(p)/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。

面向制造服务的数控切削数据库系统

为了将物联网技术与云计算技术相融合应用于制造业信息化,以数控切削加工过程中的"感、知、行"为核心目标,建立了一个面向制造服务的数控切削数据库系统,以实现数控切削加工远程在线智能监控及切削参数实时仿真优化。基于物联网技术及多传感器融合的在线监测技术,"感"受数控切削加工过程中各种信号特征;利用云计算技术,"知"晓数控切削加工过程中的关键特征,结合海量数据挖掘处理和数控切削加工过程优化仿真技术实"行"数控切削加工过程的智能化、服务化和绿色化。最终搭建了面向制造服务的数控切削数据库系统,保障了切削数据安全便捷的存储与共享,提供了数控加工在线监控与专家支持功能,制定了数控切削数据库建库标准规范,为多平台数据共享及应用奠定了良好基础。

基于关联规则的MBD数据集定义研究与实现

针对产品全三维数字化研制需求,提出了一种基于关联规则的基于模型定义(MBD)数据集定义方法.首先,对产品研制过程中所有设计、制造和检验的标准进行细化分解,并对所有这些标准的工作方法、指令、要求即工程注释项进行统一编码,并由计算机管理和发布;其次,对MBD数据集创建过程的历史记录进行关联规则挖掘,发现工程注释项间潜在的关联关系;最终,根据工程注释项间关联关系,实现MBD创建过程中相关工程注释项的推荐.该方法以数据挖掘中关联规则理论为基础,从MBD数据集构建历史数据中获取有用的知识和经验,通过相关工程注释项推荐,进而提高MBD数据集创建效率.

机加零件质量预测与工艺参数优化方法

为了有效利用机加零件工艺信息和检测信息,提出基于机器学习算法的质量预测与工艺参数优化方法.以集成工艺信息和检测信息的基于模型定义(MBD)模型为输入,通过对三维建模软件的二次开发实现参数提取,并建立结构化数据集.利用多种机器学习分类器构建基于工艺参数与质量分类标签的质量预测模型.结合信息增益算法对所有工艺参数进行优先级排序,筛选出对质量影响最大的工艺参数;开发质量预测与工艺参数优化工具集,利用梯度提升树模型优化对质量影响最大的工艺参数.以某航空企业提供的铣削实验数据验证所提出方法的有效性和可靠性.验证结果表明,该方法能够较好地实现机加零件的质量预测和工艺参数优化.

基于微分模型的空间圆弧与椭圆弧插补研究

针对目前圆弧插补与椭圆弧插补在适用范围、计算效率与精度方面的问题,通过引入微分模型表达空间圆弧与椭圆弧,提出了基于微分模型的空间圆弧与椭圆弧插补方法,能实现空间任意圆弧与椭圆弧的插补。在空间圆弧插补中能实现零径向误差与零速度波动。在空间椭圆弧插补中能实现零径向误差与较低的速度波动。同时,该方法的插补过程统一了圆弧和椭圆弧的正逆插补,无需象限判断,因此插补流程简单高效。另外,该方法采用的插补点递推公式能转换为一系列简单的四则运算,因此插补计算效率高。仿真对比分析表明了该方法相对于目前的方法具有很大的优越性。最后,在自主开发的数控平台上实现了该方法并完成了试件的加工。

考虑齿轮位移协调的2级星形传动多分流均载研究

为了揭示航空发动机2级星形传动系统大小星轮载荷分配机理,针对所有齿轮的偏心误差、齿厚误差、基节误差、安装误差,轴承制造误差等分别进行了当量角度啮合误差分析,考虑了太阳轮和内齿圈同时浮动导致的啮合侧隙变化而引起的浮动啮合误差,得到了2级啮合线上的综合角度啮合误差,建立了针对2级4路功率分流特征的各齿轮转角位移协调的精细化均载系数计算模型,获得了多分流多级系统的均载系数和均载特性曲线,得到了太阳轮和内齿圈的浮动规律,为航空宇航制造上确定均载系数、工艺上合理分配及控制公差提供科学依据。

涂层刀具切削马氏体不锈钢的磨损机理研究

采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对1Cr11Ni2W2MoV以及2Cr13两种型号的不锈钢进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的前、后刀面磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行分析。研究结果表明:1Cr11Ni2W2MoV的加工难度大于2Cr13;硬质合金刀具切削1Cr11Ni2W2MoV不锈钢时,刀具主要的磨损形式为月牙洼磨损以及边界磨损,失效形式主要为崩刃;切削2Cr13不锈钢时,刀具的主要磨损机理为粘结磨损。

“工程图学”课程思政教学探索与实践

“工程图学”是集基础性、理论性和实践性于一体的机械系列课程的开篇基础课程.充分发挥“工程图学”专业基础课优势,在教学中融入思政元素,对于转变大学生的思维观念至关重要.从家国情怀、工匠精神、人文素养、工程素养、团队协作、科学思维6个方面挖掘“工程图学”课程内容中所包含的思政元素,并探索混合式教学模式下的“工程图学”课程思政教学实践,引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观.