包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析

为研究刀具-工件多重交互与速度效应对铣削颤振稳定性的影响,建立了包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削动力学模型,阐明了无刀轴倾角状态下再生效应、过程阻尼、刀具结构模态耦合与速度效应的耦合作用对铣削颤振稳定性的影响规律,研究了不同径向浸入比下刀具-工件交互与速度效应对铣削稳定性的影响。结果表明,与只考虑再生效应的铣削动力学模型相比,当同时考虑再生效应、过程阻尼与刀具结构模态耦合时,得到的稳定性叶瓣图中颤振区域发生明显变化;当主轴转速较低时,刀具-工件之间的多重交互效应是影响铣削颤振稳定性的主要因素,速度效应对极限切深的影响可忽略不计;随着主轴转速升高,速度效应对极限切深的影响逐渐增大,稳定性叶瓣图中稳定区域呈逐渐减小趋势;在一定范围内,随着铣刀后刀面磨损带的增加,铣削极限切深逐渐增大;主轴转速一定时,径向浸入比相对较小的情况下过程阻尼对铣削稳定性的影响更加明显。采用铣削试验进行验证,结果表明,与传统动力学模型相比,构建的铣削动力学模型能够更加可靠地预测实际铣削状态。     

高速电主轴铣削稳定性研究

建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型,并分析高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系,以此为基础建立高速电主轴铣削稳定性模型。以D62D24A型高速电主轴为例,针对转速对轴承动态支承刚度的"弱化"作用,计算系统第一阶径向振动固有振型,理论分析并经实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势,并解析转速影响下的系统铣削稳定瓣图,实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。     

薄壁结构件铣削加工振动稳定性分析

针对如何考虑刀具与工件相互耦合作用及加工位置对系统稳定性影响,通过对切屑厚度、铣削力建模,建立薄壁件铣削系统动力学模型,考虑薄壁件铣削稳定性受铣削位置影响,获得以轴向铣削深度、转速、铣削加工位置为参数的三维稳定性图。通过对曲面图分析,可确定在不同主轴转速、不同铣削区域内薄壁件各模态对铣削稳定性影响。通过时域模拟分析加工位置对系统失稳机制影响,揭示稳定铣削与不稳定铣削、不同模态在不稳定铣削时铣削力、铣削位移的变化规律。     

基于机床刀具加工变形研究的铣削工艺参数优化方法

针对机床刀具变形影响加工精度问题,据铣床刀具系统动刚度测量计算及铣削力模型提出基于遗传算法的铣削工艺参数优化方法。通过阶跃响应实验获得机床刀具系统动刚度及用正交实验法可准确铣削力模型,对实验机床铣削工件工艺参数进行数学优化;开发设计在线测量刀具变形及铣削力实验装置并分别对优化前后工艺参数实验验证,结果已证明该方法的有效性、实用性。     

径向动静压浮环轴承-转子系统稳定性分析

以径向动静压浮环轴承-转子系统为研究对象,计入浮环质量和转子刚度建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了单质量弹性对称系统的稳定性判据。用有限差分计算了某高速径向动静压浮环轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同浮环质量和转子刚度下动静压浮环轴承-转子系统的稳定性曲线。计算结果表明,浮环质量对系统稳定性影响不大,而随着转子刚度减小,系统失稳转速迅速降低。该文在高速浮环轴承-弹性转子稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。     

深孔变刚度/阻尼钻削系统的建模与稳定性研究

依据深孔钻削刀具系统的实际布局形式,构建了包含有变刚度/阻尼辅助支撑的深孔加工刀具系统模型,模型中考虑了引发陀螺效应及切厚再生效应的因素。以Euler-Bernoulli梁单元模型为基础,运用矩阵传递函数方法,使得更多至关重要的局部设计信息融入进深孔刀具系统动力学方程,例如变刚度/阻尼辅助支撑、授油器及刀具结构形式等。通过理论计算与实验结果的对比,证实了该模型的准确性与可行性。以此为基础,结合频域特征向量的稳定性判据,研究了综合陀螺效应及切厚再生效应影响因素条件下深孔钻削刀具系统的稳定性与加工转速、钻削深度及施加的励磁电流之间的关联关系,验证了新型变刚度/阻尼钻削系统对提升刀具系统稳定性的有效性,这些将为实现深孔切削刀具振动行为带有目标性地主动式调控奠定基础。     

花键联轴器对转子-轴承系统稳定性影响研究

推导了松配合矩形花键联轴器考虑脱开临界状况的啮合力模型,基于有限元法建立了考虑圆柱瓦滑动轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子-联轴器-轴承系统动力学模型,并用数值积分研究了联轴器啮合力对转子-轴承系统稳定性的影响规律.研究结果表明:花键联轴器的横向刚度对其连接的转子-轴承系统发生油膜振荡的失稳转速影响较小,而转角刚度影响较大;对于松配合花键联轴器,如果不考虑其转角刚度,用线性化的啮合刚度模化联轴器得到的转子-轴承系统的失稳转速要高于用力模化的系统的失稳转速;因此,工程用线性刚度代替啮合力模化联轴器将掩盖系统真实的失稳转速,这种简化对转子系统运行来说是不安全的.研究结果为获得转子-花键联轴器-轴承系统真实的失稳转速提供理论依据,研究思路对其他类型联轴器动力学建模具有借鉴意义.     

微铣削中考虑时变切削力系数的颤振稳定性预测

颤振问题严重制约了微铣床的加工效率和加工质量。加工过程中刀具的磨损使得系统的颤振稳定性预测精度逐渐降低。为解决上述问题,引入时变可靠性理论,并用Gamma过程描述刀刃半径随切削时间的变化关系。建立了系统的时变切削力、时变稳定性和时变可靠性模型,分析了给定条件下系统的颤振稳定性和颤振可靠度随加工时间的变化关系。给出了微铣削在高速铣削过程中在给定切深和主轴转速下系统的颤振时变稳定性和颤振时变可靠性的算例研究。研究表明:随着加工时间的增加系统的颤振稳定性逐渐降低,该方法能够更准确的预测出不同加工时间内系统的颤振稳定性。     

基于超磁致伸缩驱动器的油膜轴承-转子系统的稳定性研究

以超磁致伸缩驱动器(GMA)油膜轴承-柔性转子系统为研究对象,计入轴承质量和转子刚度建立了包括GMA磁滞伸缩力模型在内的动力学方程,利用Routh-Hurwitz准则,推导了GMA油膜轴承所支承的单质量弹性对称转子系统的稳定性判据。考察了驱动GMA的反馈电流的相位角和电流大小、转子刚度、转子质量和轴承质量对系统失稳转速的影响。结果表明,反馈电流的相位角对系统失稳转速影响很大,存在一个最佳值,使系统的失稳转速最高,系统稳定性最佳,并随着反馈驱动电流和转子刚度的增大,失稳转速明显增大;随着转子质量的增加,系统的失稳转速也是增加的,而轴承的质量对系统的失稳转速影响不大。计算结果在GMA油膜轴承-转子系统整体建模方面有一定的意义。     

基于主轴系统电机电流信号监测铣削力的研究

针对高速干切数控螺旋锥齿轮铣齿机存在的稳定性差、加工精度低、所加工的工件齿面有振纹等技术问题,对机床进行了深入的研究。通过研究发现铣削力是机床运行状态和加工品质的重要表征参数。基于国产高速干切数控螺旋锥齿轮铣齿机的实际铣齿工况,提出了采用同时监测刀具主轴和工件主轴电机电流来反映铣削力的间接测量方法。为了建立刀具主轴电机电流与铣削力间的模型,从分析机床的主轴系统入手,建立了刀具主轴系统运动学模型;利用双轴力矩电机电流监测法,对电流信号进行时频分析,并采用数值分析的方法对电机电流信号进行处理,对刀具主轴系统运动学模型中的待定参数进行了标定,建立了主轴系统电机电流信号与铣削力间的模型。利用该模型,可实时监测机床刀具主轴的铣削力,为机床结构的优化设计和加工工艺参数的改进提供了数据支持。     

主轴运行状态下机床刀尖点动力学行为分异特征辨识

刀尖点动力学特性直接影响切削稳定性和加工表面的质量。现阶段对主轴运行状态下刀尖点动力学特性的理论研究和实验研究分别存在着建模复杂和设备昂贵等局限性。为此,提出一种基于半理论法的主轴运行状态下刀尖点动力学行为分异特征辨识方法。该方法将分异特征辨识转化为一类优化设计问题,即以不同转速下刀尖点动力学特性参数为变量、以极限切深和颤振频率的实验标定值与理论预测值的偏差之和最小为目标构建优化模型,并借助粒子群退火优化算法进行求解,从而获得在不同转速下刀尖点动力学行为的分异特征及规律。以某型立式加工中心为平台,通过变切深铣削实验,对所提出的辨识方法进行验证,结果显示极限切深预测值与标定值吻合度较高。在不需复杂建模和昂贵实验设备的条件下,利用所提出的方法能够准确预测运行状态下刀尖点动力学行为分异特征,实现切削稳定性的精准预测,为进一步提高铣削加工质量和效率提供理论基础和数据支撑。     

铣削振动的计算机仿真

介绍采用数字仿真研究平面端铣切削振动的原理和条件,通过比较铣削振动试验和计算机仿真中的铣削强迫振动与自激振动现象,验证了数字仿真的可行性和优点。应用Runge-Kutta和Simpson公式－快速卷积－迭代两种数值方法仿真铣削振动的结果相当接近,并与试验结果及他人研究结论相符,而后者具有计算简单、收敛速度快和解的稳定性好等优点。     

Scale-up methodology for tumbling ball mill based on impact energy of grinding balls using discrete element analysis

This paper provides a method to scale-up horizontal tumbling ball mills, i.e. to determine the dimensions of the rotating drum and the drum rotational speed. In order to develop the scale-up methodology, the motion of grinding balls in tumbling ball mills with different drum diameters was calculated using the discrete element method (DEM). The impact energy of grinding balls was numerically analyzed, and the influence of drum dimensions and drum rotational speed on the impact energy was investigated. It was found that scale-up of the rotating drum should be carried out based on the mechanical energy instantaneously applied to the powder and its cumulative amount. The former was evaluated in terms of the frequency distribution of the impact energy and the latter its cumulative amount over the elapsed milling time, which could be controlled by the drum rotational speed and the milling time, respectively. Validity of the proposed scale-up methodology was evaluated through dry grinding experiments of aluminum hydroxide powder, and the experimental results supported its usefulness in practical applications.     

高能机械化学法制备超微氮化钼粉体

利用自行设计的高能机械化学球磨机,在室温下通过使钼粉在NH3气氛下高能球磨得到了超微氮化钼粉体。XRD和SEM分析表明,在球料比仅为8:1的情况下,经过30 h球磨,粉体平均粒度在100nm以内。机械化学反应过程中,氨气分子在钼金属清洁表面的化学吸附起着重要的作用,球磨过程中介质球碰撞储存于钼粉中的能量则提供了Mo-N化学吸附向氮化钼转变所需的激活能。在Mo与NH3的高能机械化学反应过程中,球磨转速的高低对整个反应的速度很大的影响。     

Fabrication of Al–Si coating on Ti–6Al–4V substrate by mechanical alloying

Al–Si coatings were synthesized on Ti–6Al–4V alloy substrate by mechanical alloying with Al–Si powder mixture. The as-prepared coatings had composite structures. The effects of Al–Si ratio, milling duration and rotational speed on the microstructure and oxidation behavior of coating were investigated. The results showed that the continuity and the anti-oxidation properties of the coating were enhanced with the increase of Al–Si weight ratio. The thickness of the coating largely increased in the initial 5-hour milling process and decreased with further milling. A rather long-time ball milling could result in the generation of microdefects in coating, which had an adverse effect on the oxidation resistance of coating. Both the thickness and the roughness of the coating increased with the raise of rotational speed. The low rotational speed would lead to the formation of discontinuous coating. The rotational speed had a limited effect on the coating oxidation behavior. Dense, continuous and high-temperature protective Al–Si coatings could be obtained by mechanical alloying with Al–33.3?wt.%Si powder at the rotational speed ranging from 250 to 350?rpm for 5?h.     

一种基于多步回溯算法的铣削稳定性预测方法

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的。通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个时间间隔上采用多步回溯的方法来近似时间周期及时滞项。通过构建状态转移矩阵,根据Floquet理论获得了铣削稳定性边界参数。最后,通过仿真对比实例验证了算法的计算精度和收敛率。结果表明,多步回溯算法具有快速收敛及高计算精度等特点,尤其在低速铣削的稳定性预测中具有良好的应用前景。     

薄壁铣削加工颤振稳定性研究综述

针对薄壁铣削过程中的颤振问题。论述了薄壁铣削加工再生型颤振理论模型的研究进展;深入探讨颤振的根源—铣削力模型,对比分析薄壁铣削力经验模型、有限元模型及解析模型的优缺点;对薄壁铣削系统动态特性进行详细论述;刀尖频响函数求取法分为试验法、模态综合法和动柔度子结构耦合法;薄壁件动态特性研究法分为试验法、有限元法及解析法,详细论述了各种方法的原理、研究现状及优缺点。详细对比分析了频域法和时域法这两种稳定性求解方法,对介观尺度薄壁微铣削颤振稳定性相关研究进行探讨;并对薄壁铣削加工颤振稳定性研究现状和后续研究方向进行归纳和探讨。     

铣削颤振稳定域叶瓣图确定方法研究

铣削颤振是一种非稳定性振动,会损伤工件表面质量,降低切削效率。本文提出了通过理论模型计算与实验设计相结合方法确定铣削颤振稳定域叶瓣图。基于实验测量数据和理论分析计算,利用遗传算法来优化确定各常数参数,从而绘制出与实验测量结果相一致的铣削颤振稳定域叶瓣图。该叶瓣图可有效应用到该机床实际铣削加工过程中的参数选择,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。     

铣削过程颤振稳定性分析的研究进展

综述铣削过程颤振稳定性分析的研究概况和进展。颤振建模和稳定性分析是该方法两个关键环节。依据颤振形成的物理条件,将其分为摩擦型颤振、振型耦合型颤振和再生型颤振。从切削过程的非线性和切削系统的非线性两方面,重点介绍再生型颤振的非线性建模的研究成果。稳定性分析方法根据对颤振模型的求解方法,分为频域法、离散法及数值法,概括了各个方法的特点、效果及适用工况。最后介绍了近来兴起的微细铣削研究领域中颤振稳定性分析的研究成果。由于其尺度效应,微细铣削加工具有独特的加工机理和特点,颤振建模中需考虑的因素与传统铣削多有不同,但稳定性分析方法仍大多沿用传统铣削中的方法。     

高能球磨工艺对CNTs／Cu复合粉末与材料性能影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基（CNTs／Cu）复合粉体,并采用真空冷压烧结制备出CNTs／Cu复合材料,研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响规律,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度以及力学性能的影响,结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件：搅拌轴线速度4．2／5．4m／s,球磨时间2～4h,得到的CNTs／Cu复合粉体的中位径为11．76μm,松装密度为1．356g／cm3。CNTs／Cu复合材料的致密度到达94％,硬度到达92HB,抗拉强度到达138Mpa。