微细孔、阵列孔及微细三维型腔的超声加工研究

利用自行开发的微细电火花与微细超声复合加工装置,对微孔超声加工中效率随孔深的变化、磨料颗粒尺寸对精度的影响等进行了实验研究,并采用恒加工力控制方式,在单晶硅100晶面实际完成了直径18μm圆孔和28μm×28μm方孔的超声加工、微细十字孔与阵列孔的超声反拷加工以及微细三维型腔的工具均匀损耗补偿分层铣削超声加工.     

工具摇动对超声波加工微孔深径比的影响

微细超声加工深孔时会出现加工速度太小或加工力过大的现象,导致深孔加工无法继续。为此,采用辅助工具摇动的方法进行微细超声微孔加工实验,成功加工出直径约为92μm、深径比大于10的微孔,且加工效率明显提高。同时研究了工具摇动对加工效果的影响。     

微小型零件的微细切削加工工艺研究

文章研究了微小型零件的微细切削加工工艺,微细切削加工微小型零件具有较大的工艺和成本优势,适应微小型零件产品批量化、加工柔性化、材料多样化的发展趋势.微小型零件按照加工工艺特征大致可分为微小型轴类、三维结构件、板类和齿轮类零件,总结和分析了上述零件的工艺特征和加工方式,介绍了微小型加工机床和刀具的选用原则,包括如何合理选择微细切削刀具的材料、特征尺寸和结构.微小型零件必须根据机床功能和零件自身结构特点确定装夹方式,并进行准确定位.最后,归纳和总结了微小型零件进行微细切削数控加工工艺设计时应遵循的原则,并进行了详细论述.微细切削加工中,采用合理的数控加工工艺和走刀路线,可以实现微小型零件的精确、高效加工,适应批量化的产品需求.     

微细电沉积加工技术浅析及实验研究

简要分析了微细电沉积加工的两种典型技术——磁电沉积技术和超声沉积技术,并结合中物院机械制造工艺研究所的研究设备,开展了微细电沉积的初步实验研究,在铜基底上实现了直径25μm、高300μm的微小圆柱的电沉积加工,并通过仿真分析解释了沉积样件直径小于微细电极直径的原因。     

微细阵列型孔的冲压与电火花复合加工技术研究

提出一种微细冲压加工和微细电火花加工交叉结合的微细阵列型孔复合加工方法。尺寸较大的过渡型腔采用微细冲压加工，以提高加工效率和保证加工尺寸的一致性；型孔喷口的最小特征尺寸采用微细电火花逐层扫描加工得到。设计制作了专用的微小型腔冲压实验装置，从机构设计上保证加工工艺对微小型腔冲压深度的精确控制。进行了非圆截面阵列微细型孔的加工实验，验证了所提出的工艺方法的可行性和合理性。     

超声电机在微小型机床进给系统中的应用

利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术。超声电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,与传统的电磁电机相比具有许多优点。文章介绍一种由超声电机直接驱动的微小型机床进给系统,对机床进给系统的定位精度和伺服刚度进行了实验分析。同时,利用该微小型机床加工了一个20μm×450μm×7000μm的薄壁结构。这些实验结果表明,超声电机应用于微小型机床进给系统是可行的。     

微细超声加工机床运动控制系统设计

微细超声加工机床设计包括硬件设计与运动控制系统设计,运动控制系统是机床的核心组成部分,直接或者间接地影响到加工质量与加工效率。采用宏微复合的硬件设计结构能有效地保证运动控制精度,针对精密微三维运动平台,基于LabVIEW开发了微细超声加工中的运动控制系统,该系统包括初始化模块、粗对刀模块、精确对刀模块、绝对坐标实时显示模块、数据采集模块与加工模块。将微细工具所受的实时力与微三维运动平台的运动结合形成闭环控制,能有效地实现精确对刀以及恒压力进给加工。最后,对控制系统进行了测试,研究了恒力控制范围与增量位移、进给速度、回退速度之间的关系。     

某型航空发动机燃油喷嘴旋流室的微细电解加工研究

针对某型航空发动机燃油喷嘴结构尺寸微小、材料硬度较高、切削加工困难等问题,介绍了微细电解加工的原理和实验装置,制备了微细棒状工具电极和三角形钩状成形电极,利用分层电解铣削进行粗加工快速去除工件多余材料,再利用环形扫描电解铣削进行旋流室全锥面的精加工,实现了发动机喷嘴微小尺寸旋流室的微细电解加工成形,达到加工精度和表面质量要求。研究表明,微细电解铣削加工是加工金属材料微小结构的有效可行的方法。     

工艺参数对微小方孔的微细电解加工精度的影响

微小方孔结构是航空航天、兵工、仪器仪表等领域中常用的结构且加工困难。为了提高金属材料微小方孔结构的加工精度,在分析微细电解铣削加工原理和实验系统基础上,进行了一系列镀镍不锈钢微小方孔(50μm×50μm)的微细电解铣削加工正交实验,探讨了加工电压、电解液浓度、进给速度、脉冲宽度等参数对微细电解铣削加工精度的影响。结果表明:在合理参数范围内采用较低的工作电压、较低浓度电解液、较高进给速度和较小脉宽电源有利于提高镀镍不锈钢材料微小方孔的微细电解加工精度。     

微细特种加工的最新研究进展

综述了国内外微细特种加工研究的最新进展，介绍了微细特种加工领域出现的新技术、新方法。指出了微细特种加工在微细加工中的优势，展望了微细特种加工的发展方向及其在微小零件制造中的应用前景。     

恒切削力加工过程的神经网络预测控制

切削过程恒力控制对于提高生产率、保证加工精度具有重要作用。文章以车削加工过程为对象,研究恒切削力加工过程中当切削深度发生突变时,如何减少系统输出切削力超调的问题。将预测控制策略与神经网络理论相结合,在神经网络学习时,使切削进给在切削深度发生突变前提前发生相应变化,提出了恒力切削过程的神经网络预测控制算法。仿真结果表明,与传统自适应神经网络控制相比,加工过程的神经网络预测控制能够有效的解决在背吃刀量发生突变时,加工系统输出的切削力过大的问题,显示出比加工过程传统神经网络自适应控制更好的综合性能。     

基于Filtered-X LMS自适应算法的车削颤振控制系统设计与实验研究

基于Filtered-X LMS自适应滤波算法,设计了一种压电作动器来控制刀具与工件的切削力位移,并进行了数值仿真和实际的切削实验.研究结果表明:在相同的切削条件下,基于Filtered-X LMS自适应滤波算法控制的刀具加工精度明显优于传统刀具的加工精度,能有效的减少车刀的振动量,验证了该控制系统的有效性,对于提高车床的加工精度具有重要的意义.     

基于神经网络的工业机器人力控制研究

针对工业机器人夹持工件进行磨削时的力控制问题,提出一种基于神经网络算法的机器人力控制方法,搭建一套工业机器人磨削系统,并在Visual Studio软件环境下开发了相应的上位机软件。通过分析神经网络算法的原理,设计神经网络结构,使用从实际磨削过程中获得的训练数据对神经网络进行训练;将力传感器实时采集的力信号输出给训练好的神经网络模型,预测出机器人磨削加工的轨迹修正值并传给机器人,对磨削轨迹进行实时修正,从而实现工业机器人的间接力控制。最后,在搭建的工业机器人磨削系统上进行了力跟踪实验和钛合金试件磨削实验,验证了所提出的力控制方法和机器人磨削系统的有效性和实用性。     

Sliding mode cutting force regulator for turning processes

Continuous sliding mode control is applied to turning processes for cutting force regulation. The motivation of the use of the slide mode control scheme is to solve the nonlinearity problem caused by the feedrate override command element in the commercial CNC machine tool. When the adaptive control algorithm is applied to the commercial CNC machine tool, it is one of the practical methods that the programmed feedrate is overridden after the control algorithm is carried out. However, most CNC lathe manufacturers offer limited number of data bits for feedrate override, thus resulting in nonlinear behavior of the machine tools. Such nonlinearity brings ‘quantized' or discrete effect so that the optimal feedrate is rounded off before being fed into the CNC system. To compensate for this problem, continuous sliding mode control is applied. Simulation and experimental results are presented in comparison with those obtained from applying adaptive control which is a widely used approach in cutting force regulation. Adaptive control loses its effectiveness in the presence of nonlinearity since it generally requires linear parametrization of the control law or the system dynamics. Experiments are conducted under various machining conditions, subject to changes in spindle speed, material of work-piece, and type of machining process. The suggested slide mode controller shows smoother cutting force fluctuation, which cannot be achieved by the conventional adaptive controller. The experimental set-up reflects the emphasis on the practicality of the sliding mode controller. In order to avoid the use of a dynamometer in the course of measuring the cutting force, the indirect cutting force measuring system is used by means of feed drive servo-motor current sensing.     

基于DBSCAN算法的切削载荷状态智能识别算法

针对切削过程中的切削力状态识别以及切削参数的动态调整问题,提出了一种基于密度聚类算法的切削载荷智能识别算法;该方法通过对切削力载荷特性的识别、判断,使用密度聚类算法建立簇分类算法,以距离度量作为簇分类判据,以簇的核心点作为切削载荷学习对象,通过切削载荷理想值做出判断,实现对切削载荷的智能识别。论文应用该算法,结合Agent技术,对石材高速铣削条件下的切削力载荷状况进行了智能识别和可视化表述。研究表明,该算法能够实现对切削加工状态的智能识别与判断,并达到了对切削参数在线优化的目的,提高了加工效率与加工质量,为切削加工参数的智能优化奠定了理论基础。     

数控机床法向磨削力的控制试验研究

通过测量内表面磨床SUU600A加工和空载时电主轴功率,计算砂轮所受切向磨削力;根据经验算法计算法向磨削力,分析砂轮线速度、进给量、磨削深度对法向磨削力的影响,总结法向磨削力变化趋势;提出一种基于模糊PID的数控磨削加工磨削力实时控制方法.结果表明:使用模糊PID磨削力控制系统加工时,可实现对磨削力实时修调,使它始终保...     

曲面精加工过程切削负载自适应新策略研究

分析了曲面积、精加工过程的不同特点,指出传统的切削负载自适应方法应用到曲面精加工过程时的缺陷,提出新的简单、易行的曲面精加工负载自适应策略－等切削力余量模型方法,论述了模型的构造算法及其关键技术。     

Machining of free-form surfaces. Part II: Calibration and forces

In the machining simulations of 3D free-form surfaces by ball-end milling, calibration coefficients play very critical role in force predictions. In other words, obtaining the calibration coefficients from calibration tests is a very influential process in the prediction of cutting forces. Accurately obtained calibration coefficients lead to better force predictions. In the literature, the calibration coefficients are assumed to be independent of start and exit angles of the engagement region, thus they are assumed to be identical for any engagement region. Calibration coefficients are obtained from the horizontal slot cutting tests and these tests are repeated for different depth of cuts. In this paper, in order to achieve more accurate force predictions in free-form machining simulations, a new modification algorithm for calibration coefficients is presented. In this research, with theoretical analysis and experimental force signals, it is shown that the inclination angle has a great importance in calibration and in force simulation of 3D free-form machining.     

A neural network approach for force and contour error control in multi-dimensional end milling operations

The problem of controlling the average resultant cutting force together with the contour error in multi-dimensional end milling operations is considered in this study. Two sets of neural networks are used in the control system. The first set is used to specify the feed rate to maintain a desired cutting force. This feed rate is resolved along the feed axes using a parametric interpolation algorithm so that the desired part shape is obtained. The second set is used to make corrections to the feed rate components specified by the parametric interpolation algorithm to minimize the contour error caused by the dynamic lag of the closed-loop servo systems controlling the feed drives. In addition, the control system includes a feedforward input to compensate for static friction effects. Experimental results are presented for machining two-dimensional circular slots and a three-dimensional spherical surface to show the validity of the proposed approach.