基于智能前馈自学习的数控机床永磁电机控制优化策略

数控机床的主轴驱动系统决定了机床的动态特性、加工精度等关键技术指标,其核心部件永磁同步电机的控制精度及稳定性必须进行优化。在传统PI反馈控制的基础上提出一种基于在线智能前馈补偿自学习的优化控制方法。该在线智能前馈补偿控制使用简单迭代学习规则,以补偿重复负载转矩和模型参数的不确定性,无需对系统模型进行辨识。推导证明了此优化策略可满足系统响应的稳定性和收敛性要求。实验结果也证明了该优化策略的有效性和可行性,可为数控机床的主轴驱动系统优化设计提供参考。     

数控机床主轴系统动力学特性分析方法研究

数控机床主轴系统的动力学特性直接影响着机床的加工精度、加工效率。文章在总结前人研究成果的基础上,对数控机床主轴系统动力学分析方法进行了综述研究。介绍了表征主轴系统动力学特性的参数,主要有静刚度、动刚度、极限切削宽度、固有频率及振型、阻尼特性和动响应。对现有的关于主轴系统动力学特性分析方法进行了归纳与总结,主要包括有限元法、传递矩阵法、阻抗耦合法、实验法等。指出了主轴系统结合部的动力学建模与参数辨识是研究主轴系统动力学特性的关键问题。最后,简要论述了主轴系统动力学研究的发展趋势,即未来应从主轴系统的精准建模、动力学综合优化和动态测试及分析等方面进行深入研究。     

基于GABP神经网络的微铣削多目标预测与优化研究

针对子午线轮胎模具侧板加工过程中存在加工能耗高、表面质量差的问题,以45号钢子午线轮胎模具侧板为研究对象进行微铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度3个切削参数对切削比能和表面粗糙度的影响。通过试验数据样本训练和检测基于遗传算法改进的多目标BP神经网络,实现不同切削参数组合下切削比能和表面粗糙度的多目标预测;利用NSGA-Ⅱ对切削参数进行多目标优化,获得了20组Pateto解。预测和优化结果表明：提高主轴转速既有利于降低切削比能又有利于改善表面粗糙度,而增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会增大表面粗糙度;切削比能和表面粗糙度相互抑制,不能同时改善。在兼顾切削比能和表面粗糙度的情况下,较优参数为主轴转速19 370~20 000 r/min、每齿进给量0.055~0.06 mm/齿、切削深度0.4~0.456 mm。     

基于传递矩阵法的滚刀主轴动态特性分析

机床主轴的动态特性直接影响机床的加工质量、效率和稳定性。针对直驱式滚刀主轴的结构特点,应用传递矩阵法对该主轴系统中各个典型单元的状态进行了数学描述,并建立了该主轴系统的传递矩阵方程。通过Matlab编程求解出系统的固有频率和切削点的振幅,并着重分析了该主轴系统的主要设计参数对系统动态性能的影响规律,为主轴系统动态设计及优化提供了理论依据。     

液压驱动水下摩擦焊机研制

针对水下结构物维修的需要,研制了液压驱动水下摩擦焊机。该摩擦焊机的主要特点是:主轴结构设计合理,能够满足高速重载运转的需要;主轴材料选择与密封设计,使得主轴可以长期应用于水下;主轴内部安装了转速传感器和磁致伸缩式位移传感器,能够很好地实现主轴转速和主轴位移测量;控制系统成功地实现了主轴转速、主轴进给速度和压力等焊接参数的自动控制,自动焊接程序可以根据塞棒烧损长度设置合适的焊接参数组合。试验表明,液压驱动水下摩擦焊机可以完成水下摩擦焊接,焊接接头强度超过母材强度的80%,对于海洋平台结构物的水下维修、牺牲阳极更换接线螺柱安装等具有较好的应用前景。     

陶瓷电主轴部件径向切削刚度改进

将陶瓷材料Si3N4应用于高速电主轴,利用APDL语言对其进行参数化设计程序开发。分析并计算了陶瓷电主轴的径向切削载荷及刚度,通过有限单元法分析了主轴部件的静力变形和应力分布。以弹簧-阻尼单元COMBIN14模拟轴承支撑,创建了以支撑跨距为变量的主轴参数化驱动模型。采用零阶算法实现了主轴部件静态性能优化,减小了径向载荷作用下的Von Mises应力,并计算出了更为合理的主轴支撑跨距。优化后陶瓷电主轴径向切削刚度提高了1229%,有效改进了主轴部件的加工精度和稳定性。     

基于航空铸造钛合金Ti-6Al-4V高速铣削参数的表面质量及切削效率优化

目的研究高速铣削参数对航空铸造钛合金Ti-6Al-4V表面质量的影响规律及交互作用,并基于高速铣削参数对表面质量和材料去除率进行优化。方法采用Box-Behnken设计和二次回归正交实验法,建立高速铣削参数与表面粗糙度的显著不失拟回归模型,获得铣削参数影响表面粗糙度的显著性差异,挖掘高速铣削参数交互作用与表面粗糙度的关系;基于表面粗糙度回归模型及材料去除率,采用遗传算法(GA),对高速铣削参数进行多目标优化。结果铣削参数影响航空铸造钛合金Ti-6Al-4V试件表面粗糙度的显著性顺序为:切削深度>每齿进给量>切削宽度>主轴转速,其中切削宽度和主轴转速、每齿进给量和主轴转速的交互作用较为明显。利用遗传算法对铣削参数优化后,Ti-6Al-4V表面粗糙度较优化前提高44%,材料去除率提高70%,遗传算法优化后的试件表面粗糙度显著降低,表面刀路行距减小,纹理平均高度降低。结论由实验验证可知,通过响应曲面建立表面粗糙度显著不失拟回归模型具有较高的预测精度,基于遗传算法优化获得的铣削参数可有效提高表面质量和切削效率,对保证航空铸造钛合金Ti-6Al-4V表面质量具有较好的指导意义。     

基于iSIGHT的主轴动静态性能优化设计方法

主轴的变形和振动是影响机床加工质量和切削效率的主要因素之一.为提高主轴的静动态性能,提出了一种基于iSIGHT多学科优化集成软件环境的主轴结构优化设计方法和系统仿真流程.利用iSIGHT和APDL构建了一套结构优化集成系统,实现机床主轴的多目标优化设计.针对某型号卧式加工中心的主轴,应用自适应模拟退火算法对其结构参数进行优化.分析结果表明机床主轴动静态性能有一定程度的提高,优化方法是可行有效的.     

钛合金螺旋铣孔切削工艺的正交优化与试验分析

目的稳健设计螺旋铣孔对难加工材料钛合金加工件的切削参数(切削深度、每齿进给量和主轴旋转速度)。方法用正交优化法制定一套试验方案并实施,使用粗糙度量仪、三坐标、显微镜等对钛合金孔表面粗糙度(Ra)、孔径精度和出口端毛刺高度进行测量和分析;在此基础上,利用试验数据分析影响因素水平极差和贡献率,优选出一组切削参数组合(主轴旋转速度2000 r/min、每齿进给量为0.07 mm和切削深度0.25 mm/r),以此为基准,对待加工钛合金工件表面粗糙度进行预测;为进一步验证预测值满足孔表面质量标准,然后对钛合金加工件试验分析。结果结果表明,孔表面粗糙度介于0.55~0.75μm,孔径精度介于H7~H9,很好地达到了航天或汽车工业对钻孔粗糙度的技术要求。结论由此可见,使用该方法,不仅可获得稳健设计切削参数,还可改善钛合金螺旋铣孔切削工艺。     

基于改进模糊神经网络的铣削加工参数选择(英文)

研究了铣削加工的参数选择。采用基于专家规则和模糊神经网络的推理方法获得优化的切削参数。通过使用优化后的切削参数对切削效率、加工成本和表面光洁度进行优化组合。以一种切削材料为例,考虑其硬度因素,对其切削速度等加工参数进行优化,验证了所提出的参数优化方法的有效性。     

超声振动辅助钻削皮质骨的表面质量研究

骨手术中较差的表面质量影响骨组织愈合,延缓康复时间。将超声振动与普通钻削相结合有助于改善骨手术中钻孔的表面质量。对新鲜的皮质骨进行超声振动辅助钻削试验,对比普通钻削分析其表面质量;并采用响应面优化法研究振幅、频率、主轴转速和进给速度等参数对表面粗糙度的影响。结果表明:在加载超声振动条件下可以获得更优的表面质量;同时合理选择振动参数和切削参数能有效改善钻孔表面粗糙度。     

变双曲圆弧齿线齿轮切削仿真及参数优化

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮（VH-CATT）是一种将圆弧齿线运用于齿轮齿线上的新型齿轮。由于缺少专用的加工机床,导致加工时其切削参数的调整较为复杂。为解决这个问题,根据其啮合原理及加工过程,利用ABAQUS对其切削加工过程进行模拟仿真;利用得到的数据,根据正交试验方法建立切削力的预测模型。利用鲸鱼算法,建立以加工效率与较小切削力为目标的函数优化模型,并通过加权求和法与归一化处理将它转化为单目标函数优化模型,通过鲸鱼算法得到优化后的切削参数。结果表明：所提出的单目标函数优化模型能够很好地对切削参数进行选定优化,以得到更好的加工效果;优化后的切削参数为主轴转速n=189.3 r/min,每齿进给量fz=0.046 mm,切削深度ap=1.89 mm。     

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。     

曲轴车削刀具磨损因素交互效应与优化

为有效减缓刀具磨损并尽可能地提高加工效率,采用Box-Behnken响应面与多元非线性回归相结合的方法,分析切削参数效应的显著性及交互作用机理,并拟合含有交互效应的刀具磨损回归方程;基于NSAG-Ⅱ算法,以切削参数为设计变量,刀具磨损回归方程和加工效率方程作为多目标优化函数,优化切削参数以实现减小刀具磨损速度的目的。结果表明,进给量与主轴转速间存在显著的正向交互效应,建立的刀具磨损回归方程在95%的置信区间内的最大拟合差值不超过0.000 6,优化结果与数值模拟结果的误差不超过2%,可有效降低刀具磨损。     

一种数控机床切削功率在线估计方法

在线估计切削功率是数控机床能效监控和评估的关键技术之一。传统的方法需要安装力传感器(或者力矩传感器)间接测量切削功率,这样不仅增加成本,同时影响机床刚性。提出一种不需要测量切削力(或力矩)而通过主轴电机输入功率间接在线估计切削功率的方法。通过实验方法得出被测机床主传动系统的附加载荷损失功率特性函数,然后再通过实时测量主轴电机输入功率结合主轴系统的附加载荷损耗特性计算出切削功率,并在数控车床CJK6136上进行了3组切削实验。实验结果表明,采用该方法分离得到的切削功率的误差在1%左右。     

基于数控机床载荷损耗特性的能耗在线监测方法的研究

机床运行过程会消耗大量的能量,机床运行能耗监测是减少机床运行能耗的关键技术之一.提出一种基于机床载荷损耗特性的运行能耗在线监测方法,对机床运行能耗实施在线监测.构建了机床各部件能耗模型,将机床能耗分为固定能耗和可变能耗,其中固定能耗事先测量出来存入数据库;然后通过实时测量机床主轴输入功率和切削功率辨识出机床载荷损耗特性函数,进一步结合功率平衡方程和附加载荷损耗特性函数来估计切削功率值,从而获得机床可变能耗.在数控机床CJK6136上进行了验证实验和案例研究,表明了该方法的有效性.     

MDH80加工中心铣削稳定性研究

为了提高发动机缸体与缸盖结合面的表面加工质量,研究了铣削加工过程中的颤振稳定性问题。进行了刀具—主轴锤击模态试验和铣削力仿真实验,获得了所用刀具的低阶模态参数及铣削力系数。构建了铣削颤振的稳定性叶瓣图,用于指导切削参数的选择和优化。通过该方法可以选取合适的主轴转速和切削深度,避免加工过程中颤振的发生,提高工件表面的加工精度,并对加工刀具及机床本身有保护作用,可提高其使用寿命。     

基于AMESim的全液压轮胎起重机行走系统仿真与优化

分析全液压轮胎起重机行走系统的工况要求,根据全液压轮胎起重机的工况要求提出行走系统采用液压传动系统+驱动桥的传动方案和元件参数,并采用AMESim仿真平台构建了全液压轮胎起重机行走驱动系统机械-液压-控制系统模型,通过对模型的制动性能进行虚拟测试和参数优化,得出了全液压轮胎起重机行走液压系统制动阀中位流量为260 L/min、压差为5 MPa时具有合适的压力特性和制动时间的结论.     

一种数控机床切削功率在线估计方法

在线估计切削功率是数控机床能效监控和评估的关键技术之一。传统的方法需要安装力传感器（或者力矩传感器）间接测量切削功率，这样不仅增加成本，同时影响机床刚性。提出一种不需要测量切削力（或力矩）而通过主轴电机输入功率间接在线估计切削功率的方法。通过实验方法得出被测机床主传动系统的附加载荷损失功率特性函数，然后再通过实时测量主轴电机输入功率结合主轴系统的附加载荷损耗特性计算出切削功率，并在数控车床CJK6136上进行了3组切削实验。实验结果表明，采用该方法分离得到的切削功率的误差在1%左右。     

基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究

针对高速机械主轴动不平衡、振动等原因对主轴加工精度造成破坏等问题,采用影响系数法对主轴进行在线动平衡。搭建实验平台,应用电磁驱动式平衡装置,通过机械主轴在不同工作转速下的动平衡效果,找到了主轴共振转速,主轴经过临界转速进入了柔性工作状态,采用了双面影响系数法在线动平衡方法,通过水平和垂直方向同时检测主轴振动,客观表达主轴振动状态。实验结果表明:双面影响系数法平衡精度明显高于单面影响系数法,主轴振幅降低显著,平衡效率提高。影响系数法在线动平衡实验为高速机械主轴在线动平衡调控提供了依据。