机床加工数字化车间建设研究

为满足机床加工车间大量定制化产品,且多以小批量、多品种模式为主所带来的提升现场管理水平、提高生产安排合理性、提升生产效率和能源利用率、降低运营成本、产品不良率和设备故障率等迫切需求,文章对机床加工数字化车间建设的技术进行研究。针对机床加工数字化车间的数据互联互通问题,在分析数字化车间建设目标、整体性能需求和建设内容的基础上,建立了机床加工数字化车间总体架构设计模型,并对机床加工数字化车间数据的互联互通和各信息化系统的集成给出建设内容和遵循原则。为机械加工行业数字化车间总体架构模型的建模、数字化车间信息化系统功能和系统集成要求提供依据。

基于多体动力学的五轴机床空间误差建模方法研究

在五轴数控机床加工过程中,由于机床本身在生产、装配、运动控制的迟滞或不准确,刀具及机床关键零件的热变形等综合因素,使实际加工会偏离理论给定进程,导致加工误差。文中主要采用多体动力学理论,构建一个包含机床直线轴几何误差、机床旋转轴几何误差、工件位置误差、刀具几何误差及热误差在内的综合误差模型。该误差建模可以为后续五轴数控机床空间误差补偿研究提供一定的帮助。

基于西门子828D的数控机床节能控制研究

近些年来,我国数控机床向着高精度、高稳定性的方向发展,而节能控制作为提升机床稳定性和耐久性的重要一环,理应受到同行业相关工作者的高度重视,积极探索数控机床的电气节能稳定性研究,既可以评估数控机床的节能性能,提升数控机床的使用寿命、使用稳定性,同时也为数控机床的生产应用提供了可靠依据。鉴于此,本文基于西门子828D数控系统,针对数控龙门镗铣机床的节能控制路径展开了相关的分析和研究,希望本文论述能够为我国数控机床节能控制相关领域的稳定建设与发展提供一些帮助。

数字孪生驱动的数控机床虚拟调试技术研究

数控机床调试阶段的调试质量直接影响其加工精度,然而数控机床在服役阶段的加工场景丰富多变,同时作为复杂机电系统代表性设备包含庞杂耦合关系,一般调试方式在此情况下的调试结果的有效性十分有限。因此,文章提出在虚拟环境中模拟机床运行时复杂的加工场景并进行虚拟调试的方式,以得到最佳运行参数。首先通过分析机电系统复杂耦合关系,采用多领域统一建模语言结合虚实映射策略构建了数控机床数字孪生模型;其次基于孪生模型对复杂加工场景进行模拟,并提出数控机床虚拟调试方式;最后以数控机床主轴系统为例,验证了所提方法的有效性和现场应用的可行性。试验结果表明响应时间缩短12%、稳态误差降低54%。

数控机床数字孪生标准体系研究

数字孪生作为推动智能制造的关键使能技术,如何在机床领域落地应用成为备受关注的焦点。然而,数控机床数字孪生术语、架构、关键技术等相关标准的缺乏,严重阻碍了数字孪生技术在数控机床领域的推广应用。为解决上述问题,亟需制定数控机床数字孪生标准给予参考和指导。因此,首先分析了数控机床数字孪生标准的需求,在此基础上,结合数字孪生五维模型和前期对数字孪生技术的研究,构建了数控机床数字孪生标准体系框架,该标准体系主要包括通用、安全、测评等基础共性标准和数控机床配置、数字孪生建模、数据处理、连接交互、集成与服务等关键技术标准,并对数控机床数字孪生标准的应用与定位进行了分析讨论。期望相关工作能为数控机床标准及数字孪生标准研究与制定人员提供参考,同时为数字孪生技术在数控机床领域的落地应用提供指导。

绿色机床标准体系研究

介绍了绿色技术在机床装备中的应用概况及发展趋势,同时梳理了国内外绿色机床标准化现状,通过对绿色机床标准系统研究,结合标准化工作方法,构建了绿色机床标准体系框架。旨在促进机床行业绿色技术同标准化工作协同发展、相互融合,推动机床行业绿色转型、提质增效。

液体静压运动副的四轴联动精密加工机床结构设计

大口径平面、球面、非球面光学元件广泛应用于光刻机、高能激光器、高分相机等高端装备的光学系统中,尺寸大于400 mm×400 mm、表面轮廓精度均方根值(root mean square,RMS)优于1μm等技术指标是大口径光学元件在磨削加工阶段的目标精度要求。磨削工艺主要面临如何实现高平滑的表面轮廓加工以及控制亚表面损伤层深度等问题。根据已有的实验研究,磨削机床采用高精度的液体静压运动副,可以有效地提高光学元件抛光后表面轮廓的平滑程度以及降低亚表面损伤层的厚度。具备上述特性的高性能磨削机床国外对中国禁运,而国内尚无成熟的商品。因此,文章研制了一种采用液体静压运动副的四轴联动精密加工机床,分析了机床的主要构型,进行了机床主要运动部件的精度分配,完成了基于液体静压运动副的X/Y/Z/C四轴的设计方案,最后进行了光学元件磨削加工工艺实验,实现了380 mm×541 mm口径微晶玻璃磨削面形精度±0.471μm(RMS值)、表面粗糙度Ra0.3μm的加工目标。

智能数控提高机床能效的研究

为了研究数控机床的能耗问题,设计了机床能耗的整体测试方案,对数控机床能耗进行分析,确定机床各个相关部件的能耗情况,采用Matlab工具建立机床能耗仿真模型。在加工循环中,测量机床运行总能耗,根据加工循环及相关参数,利用能耗仿真模型对机床能耗进行仿真,将仿真结果和实际测量能耗进行了对比,验证了模型的准确性。研究了在数控系统中集成能耗的监视及预测等功能,并给出了基于能耗的智能化数控系统的架构,该架构为进一步研究提高智能数控机床能效提供了依据。

卧式加工中心转台回转夹具定位销连线的数学建模及实例应用研究分析

卧式加工中心转台回转夹具的典型结构是通过在卧式加工中心工作台上配置转台、尾座和夹具体,进而构成摇篮式转台,该种方式可以使加工工序集中化,进一步提高零件的加工质量和加工效率。在基于摇篮式转台回转夹具构成型式分析的基础上,以定位销连线为研究对象,通过讨论定位销连线与转台回转轴线及机床坐标系三者之间平行关系的几种情况,进而建立数学模型,并通过实例的方式解决生产过程中遇到的实际问题。

数控机床加工一致性评价方法研究

根据加工一致性的内涵,文章提出了运用技术指标波动度评价数控机床加工一致性的方法,对绝对波动法和相对波动法进行了详细推导和计算。首先,针对实际加工精度包含多项指标的情况,建立了多指标评价模型,运用CRITIC赋值法进行无量纲化处理,计算相关系数矩阵和信息量,确定各指标的客观权重,然后将各指标波动度加权求和,获取综合一致性评价结果。然后为验证所研究评价方法的可行性,对某数控机床进行一致性研究,选取了典型加工件多项关键精度指标,评估了单项指标的波动度及多项指标的综合一致性,提出了面向不同精度指标的不同适用方法。最后总结了数控机床加工一致性评价规则,为评价同类型机床产品加工一致性的水平提供了统一的定量评价方法。

高档机床数控技术知识产权分析研究

高档数控机床关系到产业安全与国家安全,为了进一步突破中国国防技术的发展,以Thomson Data Analyzer(TDA)专利数据分析工具为基础,分析国内外数控领域主要企业和研究机构的专利申请和布局情况。结果表明:从全球来看,2006年以后数控技术相关专利数量爆发式增长,中国、日本、美国和德国是数控机床专利的主要产出地,四国的专利产出量超过专利总量的85%。但是与其他3个国家相比,中国的专利技术国际竞争力弱,企业的技术实力存在明显劣势。此外,中国的高校和科研院所具有较强的知识和技术产出能力,却并未能真正转化为产业成果,未来需要加强产学合作,提升技术产业转化能力。

基于多目标优化的精密机床T形床身双三点支承设计

支承方式是精密机床床身的刚度的重要影响因素之一,而良好的机床刚度对机床整体的加工精度提升有着重要意义。为提高机床的动静态特性,基于多目标优化法和有限元计算,提出一种双三点支承加辅助支承的支撑方法,并利用某精密卧式加工中心床身进行详细的验证。研究结果表明,通过多目标优化算法设计的支承方式,相比于工程上常用的支承方法,一阶固有频率提高15.29%,X向前后导轨平均变形分别减少59%、6%,验证了所提出方法的有效性和正确性。

基于特征样件在机测量的机床偏摆误差辨识及其不确定度评估

机床几何误差的测量和补偿可以提高机床的加工精度。随着机床在机测量技术的发展,在机测量特征样件辨识几何误差逐渐应用到机床的精度检查中。文章提出了一种基于特征样件在机测量的机床偏摆误差辨识方法,应用激光干涉跟踪仪验证了辨识方法的正确性,分析了安装误差对于偏摆误差辨识的影响。应用自适应蒙特卡洛法结合误差椭圆评估了在机测量特征样件辨识偏摆误差的不确定度,且应用GUM法验证了不确定度评估方法。特征样件在机测量偏摆误差的方法能够获得可接受的几何误差辨识精度,可作为传统的基于激光干涉测量技术的几何误差辨识的替代方法,非常适合机床精度的周期性检查,来保持机床加工质量的一致性。

卧式五轴数控机床电主轴的动态特性分析及振动抑制优化

针对某卧式五轴数控加工中心电主轴动态特性较差、测试过程中振动量大的问题,对其建立动力学模型,利用Ansys Workbench对其进行模态分析,解得固有频率及模态振型。基于仿真结果及电主轴结构原理,诊断为电主轴后端悬伸量较大,外部连接法兰与主轴后轴承盖及冷却水套间隙量较大,导致机床固有频率低,动态特性差。针对上述原因对电主轴后端悬伸部增加辅助支撑优化设计,进行模态仿真分析,通过优化前后固有频率及临界转速数据对比验证其可行性。将优化设计应用于实际,并对电主轴进行振动测试,试验表明:电主轴振动量大幅减小,优化设计合理。研究结果为卧式五轴数控机床电主轴系统动态特性的改善,提供了优化思路和设计方法。

柔性石墨金属复合结构密封垫片研究进展

新型碳材料中,柔性石墨因其高耐候、抗辐射、低膨胀和良好的自润滑性而得到广泛应用,被誉为“当代密封之王”。但由于柔性石墨的多孔性、吸油性、低强度等缺点导致服役中易出现压溃、散架状况,严重制约了该材料的应用推广。柔性石墨复合材料兼具石墨和金属两者的优异性能,能够形成多道密封,逐渐成为石油、化工、汽车、核电等领域极端工况下密封材料的首选材料。文章分析了复合垫片的结构形式以及构成情况,并对石墨密封件在石化、核电等领域的应用前景和发展趋势进行了展望。

数控摆台综合性能指标体系与综合评价方法研究

针对现有数控摆台综合性能指标体系不健全、评价方法不适用等问题,首先,从精度、精度稳定性、可靠性、静-动-热特性及效率这5个方面建立数控摆台综合性能指标体系,提出1种基于皮尔森相关系数组合赋权的TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)综合评价方法。其次,利用序列分析法、德尔菲专家咨询法、熵权法及均方差法计算主客观权重,通过皮尔森相关系数法集成,采用TOPSIS法获取数控摆台综合性能评价结果。最后,对4台数控摆台综合性能进行测试,并以测试数据为例进行分析,验证了该方法的有效性和实用性。

基于SIEMENS 840dsl系统大型机床防碰撞方法研究

大型双龙门架数控机床,具有两个龙门框架,一个龙门架的横梁固定,一个龙门架的横梁可以升降,工作台固定,两个龙门架安装在同一个X轴床身上,可进行往复运动。定梁龙门架是X1,动梁龙门架是X2,当X1和X2进行相对运动时,必须设置防碰撞保护装置,防止相撞。本项目根据实际情况,采用了硬件和软件相结合的方式进行双重保护,同时,利用西门子的碰撞监控功能,进行机床和工件的防碰撞监控,提高了机床使用的安全性,解决了机床在运行中的安全问题。

基于多项式加减速的多头螺纹磨削算法研究

对多头螺纹进行磨削加工时,为了实现砂轮与切入点对齐,砂轮需要回到零点,并在零点等待一转信号和主轴转过偏转角度,而等待固定的信号会导致插补效率降低。针对这一问题,设计了一种基于混合非对称多项式加减速控制算法的多头螺纹快速分头算法。首先,分析了螺纹分头原理和砂轮切入方法,提取了切入点选择特征;然后,采用分区建立了插补时间规划模型,根据插补时间规划方法和砂轮切入点选择特征,建立了砂轮与每个切入点对齐的脉冲时间变化模型;之后,根据五次速度曲线加减速控制算法和三次速度曲线加减速控制算法的基本原理,设计了混合非对称多项式加减速控制算法模型,建立了参数控制模型及快退区目标速度预测模型;最后,采用MATLAB仿真的方法,验证了多头螺纹快速分头算法的正确性和有效性。研究结果表明:在工况1、工况2条件下(螺纹头数分别为20、25,其他条件相同),顺序切入和对称切入的加工效率分别提高了12.98%、0.67%,根据工况参数可以确定加工效率最高的砂轮切入方法;采用变加减速控制的方法,在快退区减速段可以实现±4 ms的容差控制目标,降低了砂轮与切入点对齐算法的容差压力;采用混合非对称多项式加减速控制算法,可以对多头螺纹快速分头插补和加加速度进行柔性控制,以提高螺纹分头的效率。

基于数控系统的机床安全功能研究

通过梳理安全控制系统相关标准,分析了西门子安全集成系统和FANUC双安检功能,提出了基于冗余和诊断策略的数控机床安全性能提升手段。结合相关安全标准和数控机床产品失效原因,分析了冗余和诊断策略的有效性。通过应用数控系统安全集成功能对加工中心进行安全设计、调试和测试,测试结果表明数控系统安全集成功能在简化设备组成的同时,能够提高机床的可靠性和稳定性。

稀土Ce对高性能硅白铜焊料组织、析出和性能的影响规律研究

为研究Ce族稀土元素对高性能硅白铜焊料的凝固组织、固溶组织、时效析出行为和性能的影响规律。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子探针(EPMA)等设备,对添加不同Ce含量的Cu-Ni-Si焊料进行组织观察和性能测试。结果表明:Ce族稀土元素的添加显著细化了硅白铜焊料的凝固组织,焊料凝固组织晶粒尺寸由未添加前的200μm减小到添加后的40μm。添加Ce元素抑制了焊料的固溶再结晶进程,细化了再结晶晶粒尺寸,添加Ce前再结晶温度为900℃,添加Ce后提高至950℃,添加Ce前再结晶晶粒尺寸为180μm,添加Ce后缩小为90μm。Ce元素的添加可促进Ni、Si元素的析出和抑制过时效阶段析出相的长大,但不改变时效析出相的类型,时效析出相为圆盘状的δ-Ni2Si和棒状的β-Ni3Si。Cu-3.2Ni-0.75Si-0.06Ce硅白铜焊料焊料在450℃时效4 h后达到最佳性能,抗拉强度为747 MPa,剪切强度为454 MPa,相较于未添加Ce元素的Cu-3.2Ni-0.75Si焊料,抗拉强度提高了117 MPa,增幅为18.6%,剪切强度提高了91 MPa,增幅25%。