An analysis of the effect of datum-establishment methods on the geometric errors of machined features

With the advent of probing systems and their integration with machining centers, coordinate metrology-based datum establishment is eliminating the need for precision hard-contact locators in many machining applications. Unfortunately, the coordinate data collected by these systems are often subject to noise in the form of random and biased errors of the workpiece datum features and measurement system. Consequently it is important to use datum-establishment algorithms that are insensitive to noise and that lead to the least measurable machined-feature error.This paper describes a simulation analysis that was carried out to evaluate the performance of three datum-establishment methods: 3–2–1, sequential least-squares (SQLS) and simultaneous least-squares (SMLS). The analysis involved the simulated drilling of three holes in a two set-up process. Simulated coordinate data were obtained from three planar, nominally orthogonal surfaces subject to perpendicularity errors and random roughness errors. Workpiece datum reference frames were fitted to this data using the three methods, the holes were drilled relative to these reference frames, and their position errors were computed relative to an ANSI-Y14.5M-defined reference frame.This analysis demonstrated that the SMLS method results in significantly less hole-position error [0.0173 mm average, 0.0146 mm standard deviation (SD)] than either the 3–2–1 method (0.0943 mm average, 0.0143 mm SD) or the SQLS method (0.0904 mm average, 0.0245 mm SD). This is despite the fact that the datum reference planes (ANSI Y14.5M) used to define these errors are defined sequentially relative to the extrema of the datum features, whereas the SMLS method defines the datum reference planes simultaneously with the purpose of minimizing fitting error.     

通过数值模拟对拉深件工艺预冲孔设置的研究

分析了工艺预冲孔对板料成形状态的影响,并把数值模拟引入工艺预冲孔设置的研究。结合两个模拟实例,可以看出对于不同特征的型面上开设的工艺孔,对零件成形效果的影响是不同的,工艺预冲孔并不总是能改善零件的成形状态。通过对两个例子模拟结果和板料应力应变的分析,总结出了工艺预冲孔设置的一些规律。     

基于几何不变性和滑动模态算法的冗余机器人运动控制研究

冗余机器人可以通过冗余自由度实现额外的优化目的。针对受空间约束条件下机器人运动控制问题,采用几何不变性和滑动模态算法,实现冗余机器人的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。通过建立冗余机器人系统数学模型,给出冗余机器人轨迹跟踪典型控制方案,优化了冗余机器人控制目标。设计推导出能确保机器人关节位置向量在约束空间内,且冗余机器人关节能平滑到达约束边界的几何不变性和滑动模态算法。采用数学软件MATLAB对平面3R冗余机器人系统进行仿真。同时,与不采用文中算法的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:冗余机器人关节在受到外部约束时,采用几何不变性和滑动模态算法所有关节能保持在约束空间内,同时关节能够平滑地接近约束边界,关节误差在3.2 s就能够快速收敛。     

安装角度对交叉孔试件振动抛磨效果的影响分析

为探究试件安装角度对交叉孔转接部位抛磨效果的影响,基于离散单元法对交叉孔试件振动抛磨加工工艺进行仿真分析。研究发现：与安装角度为0°,90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位的加工均匀性较好,且转接部位磨损深度的最小值大于安装角度为0°,90°时磨损深度的最小值。基于单因素试验方法,采用ZLC100卧式振动抛磨设备对不同安装角度的交叉孔试件进行抛磨加工试验。结果表明：与安装角度为0°,90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位毛刺的去除效果较好,转接部位倒圆角效果较明显,测得转接部位圆角半径在0.3～0.7 mm范围内,大孔和小孔内侧表面8个区域表面粗糙度归一化值R_a^*有明显的下降趋势,试验得到的结论与仿真分析的结论相符合。     

基于Matlab的平面度误差最小区域法评定

平面度是形状公差的主要项目之一,其误差的测量与评定在几何量测量中有着重要的意义.分析了常用的近似评定法(三点法、对角线法、最小二乘法等)存在的局限性,根据最小区域法的定义,给出了基准平面方程及平面度误差评定目标函数数学模型的建立方法,并举例说明了采用Matlab进行平面度误差的计算.结果证明该方法利用Matlab只需要进行简单的矩阵运算,具有简单实用的特点.     

孔洞对AZ91D镁合金压铸件性能的影响

基于ansys软件，研究了孔洞形状、尺寸、位置及孔洞间距离对AZ91D镁合金压铸件的应力分布影响。结果表明：孔洞形状的影响取决于尖角顶点与孔洞中心的连线和受力方向之间的最小夹角，夹角越大应力集中越大：随孔洞尺寸的增加铸件的应力集中增加；位于铸件表面的孔洞造成的应力集中大于内部相同大小的孔洞：孔洞之间距离超过某一临界值时影响很小，当小于该临界值时随孔洞间距离的减小应力集中急剧增加。最后实测了不同工艺条件下生产的AZ91D镁合金发动机缸盖罩盖的孔洞分布形态与强度之间的关系，验证了模拟结果。     

A novel method for FDTD numerical GPR imaging of arbitrary shapes based on Fourier transform

Ground penetrating radar (GPR) systems are very powerful tools with a wide range of advantages in non-destructive testing. Target detection is one of the serious results of GPR application. The landmine detection in the soil and reinforcement bars and holes in the concrete is some of the GPR object detection examples. In this research, the targets are modeled in different cases, an air hole or a conductive material. A cracked surface is also modeled for both conductive and dielectric media. For modeling, the three-dimensional (3D) finite difference time-domain (FDTD) method is applied. Perfectly matched layer (PML) absorbing boundary condition is used for simulating the physical absorbers and free space. The results were shown in time domain. The difference between results helps to distinguish the target depth and electrical properties. For better specification of the target shape, a transform in frequency domain is used. This transform contains a Fourier transform in a selected frequency. The results show a sudden change in the frequency response over the hole or target scanning. By this idea, the shape of any arbitrary hole or crack can be extracted.     

基于模拟仿真的铝合金铸件热处理过程温度均匀性控制

为实现铝合金铸件热处理过程的温度场调控、减轻变形,采用数值模拟方法,研究了不同料架结构对铝合金铸件表面温度场及温度均匀性的影响。结果表明,模拟仿真能够实现热处理过程铸件表面温度场的准确模拟,同时,热处理料架对铸件表面温度场具有重要影响。针对铝合金舱体铸件,采用φ30mm小孔+φ600mm大孔的料架底板,铸件表面不同位置温度均匀性最好,温度误差在±5℃范围内。     

闪速炉沉淀池中熔体流动特性的数值模拟(英文)

采用CFX4.3对闪速炉沉淀池中的熔体流动和温度分布进行数值模拟研究。针对1个出渣口对应1个冰铜出口(1-to-1)与1个出渣口对应2个冰铜出口(1-to-2)这两种操作方案共设立16种计算工况。模拟结果表明,两种方案下熔体流动相似,但采用1-to-2操作方案时,熔池中可见明显的回流。仿真中还发现,渣口与冰铜出口的不同组合方式对沉淀池中熔体温度分布的影响显著,其中在1-to-2操作方案下,沉淀池中的熔体温度更均匀。在实际生产中,当采用远离沉淀池入口的放铜口进行操作时将更有利于实现沉淀池内熔体温度的均匀分布。     

取种盘吸种微孔的高速数控加工及优化

为满足用气吸式排种器的取种盘播种小粒径种子的要求,根据其结构特点采用高速数控加工,就加工难点提出解决方案并编写了数控加工程序,对取种盘加工超差进行分析后得出吸种微孔加工超差率与吸种微孔数的数学回归模型。通过在JPS-12型试验台上进行吸种试验,得出吸种微孔加工超差率与种子破损率和合格率的数学关系,进而得出孔数为72的取种盘,因其种子破损率较低,合格率较高,可以满足小粒种子的精量播种要求的结论。     

机械设计图样中回转体类零件基准的选择

本文分析了机械设计图样中回转类零件基准标注的三种形式。得出了以装轴承的两轴颈(或孔)的公共轴线为基准最好。应用数学推导法证明了这种基准使位置误差偏移值最小,又符合实际装配工作条件,比较理想。仅在以较长的圆柱面为主要定位面时才可以选择单一基准。最后讨论了实现基准统一时的基准转换问题及增加辅助基准问题。     

钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型及其实验研究

目的建立钛合金材料砂带磨削参数到磨削后表面残余应力之间的数学模型并验证其有效性。方法综合应用弹性力学和碰撞力学建立材料表面微观结构力学模型,通过对外力作用下的力学模型的分析计算得到数学模型,再利用Simulink对其进行仿真分析,得到了一定磨削参数下钛合金砂带磨削表面残余应力与时间的关系图,最后进行了钛合金砂带磨削实验,验证了该数学模型的有效性并进行误差分析。结果所构建的数学模型仿真值与实测值变化趋势相似,有着较好的仿真效果。但是,在引入热量系数?之前,最大误差为62.98%,平均误差为16.43%,结果不够理想;而在引入热量系数?之后,最大误差为9.87%,平均误差为5.75%,精度上升明显,能够有效地预测表面残余应力的取值。结论综合应用弹性力学和碰撞力学来构建出钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型,能够有效地表征其在一定加工参数下的表面残余应力。     

基于充型和凝固过程数值模拟的硬盘座压铸工艺优化

给出了金属液充型和凝固过程数值模拟的数学模型及其求解方法,利用模拟软件MAGMA,模拟出硬盘座压铸成形过程的速度场、温度场和压力场,分析出硬盘座产品在压铸生产过程中产生缩孔和气孔的原因.经过模拟优化,提出了解决缺陷的方法.与实际生产对比,模拟结果准确,优化方案可行.     

一种基于机器视觉的滴灌带孔位在线检测方法

在内镶迷宫滴头滴灌带生产过程中,为了实现滴孔加工位置的检测和反馈控制,将机器视觉用于滴孔位置检测,提出了一种从图像泛白区域ROI多次深度提取ROI的优化识别算法。首先,通过去背景初步提取ROI,进而通过全局固定阈值分割、膨胀、闭运算和区域生长算法的合理运用,对处于光照泛白区域的滴灌带图片进行ROI提取,然后采用基于直方图的全局阈值分割算法进行边缘强化,通过Hough圆变换进一步提取滴孔位置,并通过Hough线变换以及附加约束条件提取迷宫滴头前沿位置,最后计算得到滴孔到迷宫滴头前沿的相对距离。实验结果表明,使用优化后的算法,滴孔的识别准确率达到了98%以上,滴孔到迷宫滴头前沿的距离测量误差由优化前的10%以上减小到了5%左右。     

Modelling of residual stress field in spherical mandrelling process

Fatigue life of structural elements with bolt holes depends mainly on residual stress distribution law around these holes. Residual compressive circumferential normal stresses around the hole reduce operating stress magnitudes to minimum values for cyclic tension and this enhances fatigue life and load-carrying capacity of structures. The presence of residual stresses is a result of the manufacturing process. Residual stresses can also be induced deliberately around the holes by means of appropriate working with suitably chosen parameters. Quantitative knowledge of residual stresses is necessary to model the stress field after applying an external load to a structural element in order to assess static or dynamic strength, fatigue strength including. This paper presents a combined approach consisting of experimental and numerical modelling of residual circumferential normal stress distribution when forming holes in workpieces of medium carbon steel by spherical mandrelling (SM). Since the object of study is residual macrostresses (stresses of first type), a mechanical method of their determination has been employed. On the basis of experimental outcomes, a mathematical model has been built and it predicts mean integral value distribution of residual circumferential normal stresses. Since the range of the experimental technique employed is limited by the wall thickness of the bushing being worked, numerical modelling of residual stresses by means of FE simulation has been performed. The numerical results obtained allow this mathematical model to be applied to various wall thicknesses by introducing correction factors for the polynomial coefficients. At the same time, the adequacy of the proposed FE model can be evaluated only by the experimentally obtained mathematical model. The SM efficiency for enhancing the load-carrying capacity of structural elements with cylindrical holes subjected to tension has been proved by means of FE simulation.     

板料成形的数值模拟及其在U形法兰件中的应用

板料成形的数值模拟可以预测并显示板料在拉深过程中的起皱、拉裂、板料的厚度变化等。描述了板料成形的物理过程、力学模型与模拟典型成形过程，讨论了数值模拟的数学方法与有限元模拟及其求解步骤，并运用软件Dynaform模拟分析了U形法兰件的成形过程，分析了零件的厚度分布，预测了零件可能产生起皱的部位，提出了消除或减少起皱的工艺改进方案。     

单轨吊起吊液压回路启动特性分析

随着采矿设备的发展,开采量的增加对近年来广泛应用的单轨吊的性能提出了更高的要求。以单轨吊起吊液压回路为研究对象,分析其液压制动缸进油路上的阻尼孔对马达启动的影响。建立系统的数学模型,并在Simulink中仿真得出结果,再通过AMESim进行仿真试验。结果表明：在制动液压缸的进油路上设置阻尼孔对马达的启动具有延时作用,可以让马达有足够大的启动转矩时迅速启动,防止因解除制动过快而马达启动转矩不足的情况出现;相对于无阻尼孔的回路,其液压冲击也会减弱,随着阻尼孔孔径的减小,延时效果会更加明显。     

TC4复合材料电解钻孔加工技术研究

基于TC4复合材料研究了大余量去除和大直径孔的电解钻孔加工技术.首先,设计了工具阴极结构,在工具阴极侧面绝缘基础上采用电场仿真研究了工作圈高度对加工效果的影响,再针对不同钻孔深度进行流场仿真分析,揭示电解钻孔加工流场分布规律并探究了工具阴极端面出液孔数量对加工稳定性的影响;其次,对陶瓷绝缘和电泳绝缘两种不同绝缘方式下的...     

基于AMESim参数变化对独立式油气悬架性能影响分析

独立式油气悬架使得车辆各个悬架各司其职,相互之间没有直接影响,具有非线性变刚度和变阻尼特性而且减振效果好,在工程车辆中应用普遍。以单缸独立式油气悬架作为研究对象,根据其结构特点,建立单缸独立式油气悬架的数学模型,获得对性能影响明显的参数;基于AMESim搭建单缸油气悬架的仿真模型,搭建油气悬架试验台,根据试验台各个零部件的尺寸设置模型中液压缸、阻尼阀、蓄能器、油液等各个元件的参数,对比分析仿真和试验中参数变化对阻尼孔两端的压差和活塞杆受力情况的影响。结果可知:蓄能器充气压力的增加导致活塞杆受力增加;随着油缸运动频率的增大,阻尼孔两端压差和活塞杆受力均变大;当阻尼孔直径减小时,则阻尼孔两端压差和活塞杆受力的最小值均减小,且阻尼孔越小,减小的速度越快,而阻尼孔两端压差和活塞杆受力的最大值基本保持不变;仿真结果与试验结果吻合度较高,最大误差不超过10%。     

变参数微细电解加工变截面孔的实验研究

为提高微细电解加工高深宽比变截面孔的形状精度,通过仿真分析加工过程中不同的参数变化时间间隔对变截面孔形状精度的影响,设计并实现了一种变参数加工控制方法。在1 mm厚的18CrNi8工件上进行变参数微细电解加工实验,加工出孔径200~320μm(深宽比约为5)的变截面孔。结果表明:参数变化时间间隔为1 s时,形状平均误差为9μm,相比于其他时间间隔,其平均误差减小约85%,较好地满足了设计要求,也验证了该变参数加工控制方法的有效性。