基于数控流水线技术的开放式数控系统

为使开放式数控系统的设计不依赖于特定的软硬件平台,提出了一种由数控主控流水线线程、驱动程序和数控微代码实时执行单元构成的数控流水线体系。该体系定义了开放的数控规范指令和数控微代码接口,保证模块的互换性,实现了流水线的可重构。数控流水线线程封装了从指令译码到生成数控微代码的主要控制功能,并采用标准编程接口和软件开发技术确保可移植性。数控微代码实时执行单元由可重构的开放式硬件进行实时控制,通过缓冲区隔离了流水线的实时和非实时部分。实验表明,数控流水线体系可适应各种通用的软硬件平台,为开放式数控系统的构建提供了一种实用方法。

基于ARM和DSP的可重构数控系统

针对柔性化制造的要求,构建了以ARM、DSP为基础的数控系统平台。该平台集成度高、稳定性强,能实现生产过程的高速度、高精度要求;同时巧妙利用SRAM解决了现场可编程门阵列(FPGA)动态重构中的重建时隙问题,实现了基于FOGA的可重构设计,提高了系统的柔性。在硬件基础上引入嵌入式实时操作系统RT-Linux,采用层次化软件设计,提高了数控系统运行的稳定性和任务调度的实时性。试验结果证明该方案是可行的。

3K-Ⅱ型直齿行星齿轮传动的固有特性

为揭示3K-II型直齿行星齿轮传动的固有特性,建立该类传动系统在系杆随动参考坐标系下的平移—扭转耦合动力学模型。模型设定系统中每个构件均拥有3自由度,并计入各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素。通过分析各构件间的相对位移关系,推导出系统的运动微分方程,进而求解其特征值问题即可获知系统的固有频率和相应振型。固有特性分析表明,3K-II型行星齿轮传动具有与2K-H行星齿轮传动类似的三种典型振动模式,即扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式。列出三种典型振动模式下传动系统的运动特征。

基于总线架构的多层次监控开放数控系统

提出了一种基于Profibus-DP总线与PXI总线的开放式数控系统的设计方案。对总线的时间特性进行了分析,其满足数控系统加工控制高速度、高精度的要求。控制器采用IPC架构,通过对功能单元的不同配置实现数控系统的快速重构。同时,基于网络技术,采用三层集成监控的模式,将状态监测、故障诊断、加工优化等技术融合到数控系统中。最后,利用已开发出的原型机验证了方案的可行性。

基于现场总线的开放式网络化数控系统的设计

针对数控系统在高度集成化过程中产生的柔性和稳定性问题,构建了一个基于两层网络的可监控数控系统.将Profibus-DP总线和SERCOS总线应用于数控系统的控制器设计中,解决了数控系统因信息交互密集而产生的实时性、可靠性差的问题.控制器基于PC架构,通过引入RTX系统改善了桌面操作系统实时性差的不足;采用组件技术实现软件设计,系统任务模块为可独立运行的实现某种控制功能的程序块.通过对功能单元的配置得到不同的程序模块,从而实现控制器的快速重构.将故障监测与诊断技术用于数控系统设计中,构建了层次化的可监控体系,开发了原型机,在数控系统网络化研究方面进行了一定探索.

嵌入式数控系统的结构可靠性分析

当前对数控系统可靠性研究主要是一种滞后的可靠性研究,是对于成熟产品使用中出现的故障的研究,侧重于系统维修方面,而很少从可靠性工程的角度来研究.为此,对处于可靠性工程早期阶段的嵌入式数控系统的结构可靠性进行了分析和建模,给出基于实时操作系统(RTOS)平台的嵌入式数控系统层次化模块结构图,在对数控系统功能和实际开发过程分析的基础上,对传统的Littlewood模型进行了改进,得到了改进的Littlewood模型,即Improved-Littlewood模型,并将模型用于一个嵌入式数控系统的结构可靠性设计阶段,给出了模型中各种参数矩阵的确定方法,最后得到系统的结构失效密度模型和可靠度模型,验证了方法的可行性.

外圆纵磨再生颤振稳定性理论及评价方法的研究

磨削过程中的再生颤振现象是影响工件磨削质量的主要因素之一。基于再生颤振机理,以切入磨再生颤振建模为基础,将外圆纵磨过程简化为多步以磨削接触区为磨削宽度的小切入磨的叠加,建立了工件、砂轮小宽度切入磨动力学模型并对其稳定性进行了研究。在此基础上,探讨了符合外圆纵磨特点的稳定性分析及评价方法,分析了工件主轴转速,砂轮主轴转速,磨削深度和轴向进给速度对稳定性的影响,为外圆磨削颤振抑制提供依据。磨削试验结果与理论分析一致,验证了外圆纵磨再生颤振模型及稳定性理论的正确性。

轴承套圈内圆在线电解修整磨削试验

提出了一种新的在线电解修整磨削轴承内圈的方法。该方法直接将导电的金属工件做为电解阴极,将铸铁基CBN砂轮作为阳极,在磨削过程中利用工件电极对砂轮进行修锐,维持了与传统在线电解修整磨削相同的磨削过程,保证了磨削过程的稳定进行。使用W10的砂轮可获得表面粗糙度Ra为0.03μm的加工表面。

水轮机筒阀电液同步控制系统数学建模与仿真

为了满足水轮机筒阀在启闭过程中的多缸同步和速度控制的要求,对筒阀电液同步控制系统中的主要液压部件,如电液比例方向阀、同步液压马达、比例节流阀和非对称液压缸进行动态数学建模分析,给出了水轮机筒阀电液同步控制系统非线性数学模型.针对筒阀在启闭过程中对同步性能和速度控制要求高的特点,提出一种双闭环(同步闭环和速度闭环)综合控制方式,该控制方式内环负反馈用于多缸同步控制,外环负反馈用于多缸速度控制.利用Simulink对系统进行仿真研究,并和试验结果进行了对比.结果表明,该系统和控制方式能满足水轮机筒阀在启闭过程中对速度和同步性能的要求.

具有3层重构能力的可重构数控系统

提出了一个软硬件可重构的数控系统平台方案,给出了硬件系统的重构策略,并设计了一个引导型软件重构开发平台。通过对数控系统的功能分析,将重构分为核心功能重构、工作功能重构和辅助功能重构,并以此研究了数控系统硬件重构、软件重构和模块重构的关系和协同设计问题。

面向在机检测系统的IGES复杂型面再生及其虚拟仿真模型

为实现在机检测系统与通用实体建模软件的数据传输以及与虚拟仿真模型的实时交互,深入研究了基于初始图形交换规范(initial graphics exchange specification,IGES)的拓扑信息,提出了符合该文件格式中各种常用图形实体几何信息的存储结构.以Visual C++为开发平台,设计出符合IGES规范的数据结构及其程序算法,为非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline,NURBS)曲线、直线和组合曲线等多种图元实体都定义了各自的结构体,并且以结构体为节点将其存储到各自的链表当中,最终以类的形式进行封装.借助于OpenGL图形库函数读取存储到链表中的实体数据,实现了IGES数据中基面的绘制以及对内外边界的裁剪,最终完成了对在机检测系统中复杂空间型面的再生以及与虚拟仿真模型的交互.程序成功读取了约1,M大小的IGES数据文件,并实现了原模型的再生.

齿面接触分析初始值自动求解算法实现

建立了一套齿面接触区分析计算时可自动求解初始值的算法.以建立的齿面数学模型为基础,将齿面离散化成点阵结构.对于一对啮合的齿面,在这两个齿面点阵上分别任意取一点,在装配坐标系下,使这对点绕各自的旋转轴转一定角度后法矢量相等,计算出这对点的空间距离.考虑到整个齿面点阵点的组合,找到空间距离最小的一对点,则由这对点给出的相应参数值便可作为求解齿面接触区分析的初始值.通过实际算例,验证了该算法的有效性和实用性.

多质量目标的曲轴NTR弯曲镦锻成形工艺优化

研究提高曲轴NTR弯曲镦锻外形质量的工艺参数优化方法。以中速船用6G32曲轴为例,借助数值模拟方法预测曲轴成形结果,设定曲轴外形质量评价准则。应用正交实验方法设计实验方案,模拟多种工艺条件下曲轴弯曲镦锻成形。根据实验结果,以降低曲轴成形塌角缺陷、减少飞边量、降低设备载荷为目标,采用响应面分析方法,建立评价指标与各工艺参数的函数表达式,优化始锻温度、NTR设备肘杆终锻角、模具运动方式、模具运行速度等曲轴NTR弯曲镦锻工艺参数。

基于多类SVM与改进EMD的故障诊断

鉴于传统方法在智能故障诊断中存在着一些不足,提出了一种基于多类支持向量机(SVM)和改进的经验模式分解(EMD)的故障检测与诊断办法。首先通过采用窗口平均法的EMD将原始信号自适应分解到分布在不同频带的基本模式分量(IMF),再用特征归一化处理进行特征提取,然后输入多类SVM分类器进行分类,从而对设备的当前状况作出判断。经过实验证明,本方法可以有效地对轴承设备进行故障诊断。

ELID磨削砂轮表面氧化膜状态的表征

在线电解修整磨削(ELID)是一种电化学加工技术,可在磨削过程中对铸铁基砂轮进行连续修整,非常适合硬脆材料的超精密镜面加工。在ELID磨削过程中,砂轮表面氧化膜的状态对ELID磨削影响重大,在磨削过程中维持良好的氧化膜状态是获良好表面质量的前提保证。本文通过粘附性实验,建立了氧化膜的状态归一化模型,利用在ELID磨削过程中可实时监测的物理量———电流和磨削力来表征氧化膜状态,并建立了可识别氧化膜状态的模糊神经网络。

汽轮机干摩擦阻尼叶片的共振特性分析

为了研究汽轮机干摩擦阻尼器叶片在谐波激励作用下的主共振特性,将摩擦力的迟滞回线进行谐波展开到二次项;用平均法求出系统主共振的稳态响应方程;分析了激励幅值、外阻尼、特别是阻尼器参数与响应之间的关系.结果表明,阻尼器具有抑制叶片共振振幅和共振调频的效果,但接触面压力需取适当值,使阻尼器处于最佳摩擦接触状态.

在机检测中STL格式自然二次曲面特征参数的提取

根据工件的几何特征及其参数进行测量轨迹规划是在机检测系统中重要的环节之一.为了从STL(stereo lithographic)文件中提取出其所描述的工件模型的几何特征及参数,给出了一种针对其数据文件格式特点的自然二次曲面特征参数提取新方法.该方法首先根据三角面片法向量在高斯球面的映射图像判定自然二次曲面几何特征,然后将快速聚类法和Gauss-Newton法相结合,对STL文件中坐标点进行几何特征参数的计算.计算实例表明,该算法能够稳定、准确地提取出自然二次曲面的几何特征参数.

基于广义轴理论的产品拆卸路径规划

如何将所有可行的拆卸路径进行紧凑、合理的表达是实现产品拆卸路径规划时首要解决的问题。为此,要对指定拆卸类型下的装配体进行有效的子装配体聚类。为在产品拆卸路径规划中实现子装配体聚类的优化,同时避免传统方法所造成的组合爆炸等问题,引用并扩展了表达零件间紧密程度的配合关系等概念,并结合对装配结构和装配过程的深入分析,提出符合工程语义的广义轴理论以及拆卸优先级修正系数等概念。在具体操作上,首先借助邻接矩阵的表达形式并结合同轴度系数函数和拆卸优先级别系数分配表等对应关系得到同轴隶属度矩阵及其修正矩阵。然后,结合模糊数学中模糊聚类分析的有关算法,得到具有传递性的模糊等价矩阵以及分属不同截距下的动态产品聚类关系图。最后,结合此关系图和拆卸优先级别系数分配表,实现子装配体的聚类优化。经验证,所提方法增强了拆卸路径划分同工程实际的一致性,同时减少了计算工作量。

在机检测中基于无向图结构的STL模型曲面划分方法

对STL(stereo lithographic)模型中三角面片进行曲面划分是解决在机检测系统中对零件模型表面进行检测点布局以及检测路径规划问题的前提条件之一。针对传统曲面划分算法计算复杂度较大、效率较低的情况,提出了一种面向STL模型基本拓扑关系特点的曲面划分新方法。该方法首先对STL模型的基本拓扑关系进行了拓展,利用三角面片相邻关系建立起基于无向图结构的关系模型,然后根据转化后的关系模型,采用深度优先遍历无向图算法在进行曲面片划分的同时完成拓展拓扑关系的建立。计算实例表明:该算法能够稳定、快速的完成对STL模型的曲面片划分。

在机检测中三角网格拓扑重建方法的研究

对STL(Stereo Lithographic)模型中三角面片进行拓扑重建是解决在机检测系统中对零件模型表面进行曲面划分的前提条件之一。在建立点-边拓扑关系的基础上,将原有基于顶点坐标值浮点数比较的半边匹配结构转化为基于索引值的整型数匹配,并提出了基于关联-散列结构三角网格拓扑重建方法。该方法采用散列结构为辅助数据结构来减少STL模型顶点归并和边界归并的计算量,利用STL模型相邻网格单元数据相关性降低哈希函数的构建难度并提高冲突处理效率,在滤除冗余数据的同时完成拓扑关系的建立。计算实例验证了该算法的高效性和有效性。