基于灰铸铁钻削过程的机床能耗分析

以机床钻削加工工艺为研究对象,对钻削加工时机床的各种运行状态功率、切削比能耗及机床有效加工能效进行了分析。研究表明:空载运行功率占据了机床总切削功率的绝大部分,且空载运行功率及切削加工功率与工艺参数有关,但空载运行功率的变化趋势很小;切削比能耗随刀具直径、进给量及切削速度的增加而减小;机床有效加工能效随刀具直径、进给量及切削速度的增加而变大。在实际生产钻削加工铸铁时,在保证加工质量的前提下,选择较大的进给量和切削速度更有利于节能降耗,同时也能提高机床有效加工能效。     

数控机床能耗单元能耗成分分析数学模型

针对数控机床能耗源众多的特性,从能量消耗的去向出发对其能耗成分数学模型进行研究。分析数控机床各能耗单元的能耗构成,将数控机床能耗划分为加工能耗和辅助能耗,其中辅助能耗又可以细化为间接加工能耗和损失能耗,加工能耗主要与机床载荷有关,而辅助能耗与机床负载相对独立,可以近似为一个常量。基于数控机床各能耗单元的能量平衡方程,建立能耗单元能耗成分分析数学模型,该模型可为数控机床加工过程中的能量效率分析与预测提供一种新的理论方法,同时为进一步优化机床能效奠定理论基础。     

切削速度对锯齿形切屑形成的影响规律

为研究TC4切削加工过程中切削速度对锯齿形切屑破坏程度的影响,对TC4进行单因素切削试验，分析TC4的动态行为，并进行有限元仿真，进一步探究锯齿形切屑影响因素以及切屑与切削速度之间的联系。结果表明：在TC4切削过程中，随着切削速度的提高，切屑的锯齿状越来越明显；通过数值计算得出，TC4的能量势垒随着切削速度增大而降低，而绝热剪切带内部应力、应变随着切削速度提高而增大，切削速度越高越容易形成锯齿形切屑。     

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。     

切削参数对子午线轮胎模具侧板切削比能及表面粗糙度的影响研究

以子午线轮胎模具侧板为研究对象进行铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度对轮胎模具侧板切削比能、材料去除率和表面粗糙度的影响规律。分析试验结果可知:切削比能随着切削参数的增大而减小,说明适当增大切削参数可以提高切削效率并节约能量;表面粗糙度随主轴转速增大呈先增大后减小的趋势,随切削深度和每齿进给量的增加而增大。结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能(节能)也有利于改善表面粗糙度,增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会恶化表面质量。因此,为同时达到高效节能和良好表面质量的要求,应尽量提高主轴转速。     

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。     

典型机床关键零部件切削/磨削比能数据库系统研发

以现有机床加工能耗研究为基础,根据材料去除功率与机床空载功率、加工功率的经验关系式,建立切削/磨削比能的经验计算模型,并通过以切削力/磨削力为基础的切削/磨削比能理论模型及其实验,验证该经验计算模型的可行性和正确性。基于此经验计算模型的切削/磨削比能的测量值和计算值,设计研发典型机床关键零部件切削/磨削比能数据库系统,包括基本架构、基础数据库和切削/磨削比能分析模块,使其系统化和规范化。用户可在软件操作界面迅速地实现所需数据的增、删、改、查等功能。      

基于自适应控制技术的铣削参数优化

采用BP神经网络算法应用于铣齿功率建模能较准确地预测铣齿功率大小,进而运用STATISTICA的正交设计优化试验数据对滚齿机进行再制造,通过在主轴箱加设传感器实现了机床振动稳定性的的在线监控,分析各个切削状态下主轴箱振动同铣削功率的关系,进行优化切削参数,实现了数控系统与在线监控技术的自适应闭环监控.完成了4m大型滚齿机向高速铣齿机床SKX-4000的智能化再制造.结果表明,采用的控制策略能适应强力铣削的工况变化,稳定地控制加工过程,达到保护机床、刀具和提高加工效率的目的.     

基于ABAQUS的锯齿形切屑形成机理分析与实验研究

锯齿形切屑的形成会导致机床振动,使刀具的切削性能下降,降低工件的加工质量,因此需要对其形成机理进行分析,合理优化切削参数,减少锯齿形切屑的形成机率。本文利用ABAQUS软件对钛合金的加工过程进行仿真分析,模拟锯齿形切屑的形成机理,并在不同切削条件下进行仿真和实验研究,讨论切削参数对切屑锯齿化程度的影响。结果表明,随着切削速度和进给量的增加,切屑的锯齿化程度逐渐增大,随着刀具前角的增大,切屑的锯齿化程度逐渐减小。研究结果对提高工件加工质量以及设计工艺参数有一定指导作用。     

基于动力学的机床加工运动分析

数控定梁龙门机床的加工精度受多种因素影响,包括零部件的制造、装配误差、材料的刚度阻尼、振动、材料切削厚度等。从提高机床加工精度出发,根据拉格朗日动力学原理建立了机床的动力学模型;分析横梁、床身等部件的自由度关系,建立了机床运动学模型;采用ADAMS软件仿真机床的瞬态动力和运动关系,对比研究了不同的瞬态切削力变化对机床切削位移、速度的影响。结果表明:当机床切削厚度增大时,切削力、切削速度和切削加速度会随之增大,同时切削速度和加速度的变化滞后切削厚度和切削力的变化;在切削受力突变处切削速度有波动,移动加速度有突变,波动时间滞后切削力突变时间。仿真结果与实际机床加工情况吻合,为机床加工的运动分析提供参考。     

基于BP神经网络数控机床切削能耗的研究

数控机床的能耗来源于工作时的电动机空载和切削过程中的负载消耗。分析切削过程中的切削速度、进给速度、切削深度等切削参数对数控机床能耗的影响;基于BP神经网络搭建数控机床能耗与切削参数的模型,简化了经验公式繁琐的计算过程;利用遗传算法对切削参数进行优化。对比试验表明:用优化后的参数进行加工,能明显地降低能耗,为加工过程能耗控制提供了一个良好的方案。     

大型壳体零件的数控加工工艺分析及研究

合理地规划工艺可有效地提高加工质量和数控机床利用率。以某采煤机摇臂壳体C0N00301为例,通过分析摇臂壳体的结构特征及加工技术要求,确定了机床设备,设计了在KCR160加工中心上的定位装夹方案、数控加工工艺路线、加工刀具、切削参数以及不同加工特征的走刀路线等,并在VERICUT数控加工仿真系统中进行了虚拟加工仿真验证,证明设计的数控工艺能够满足零件的加工要求。     

滚珠丝杠进给系统机电能耗实验研究

为深入探索数控机床能耗规律、发挥能耗匹配在数控机床关键部件选型上的指导作用,针对数控机床滚珠丝杠进给系统的机电能耗进行了实验研究。进给系统总能耗可分为伺服电机电功耗以及由各部件相对运动产生的机械功耗(MPC)。因此,首先通过设计全新的实验装置,在多组转速及负载转矩条件下,对伺服驱动电机的电功耗及电效率进行了测量与分析;进一步,考虑4种不同导程滚珠丝杠,对进给系统各部件的MPC进行实验研究,阐明滚珠丝杠的结构参数对系统功耗的影响,以及进给系统功耗与工作台速度的关系。结果表明：电机的工作状态对其效率以及整个进给系统的功耗有很大影响,且影响功耗的最关键因素之一是电机转速,系统功耗是电机效率和机械部件相对运动产生MPC之间的权衡。研究结果有助于从能耗角度进行滚珠丝杠及伺服电机的合理选型,以及对机床进给参数的优化。     

机床刀具热变形有限元分析与计算

以超重型数控卧式镗车床切削过程中刀具的热变形为研究对象,在论述金属切削过程刀具热变形有限元计算分析过程的基础上,对切削过程中刀具的受力、受热进行分析计算,并借助有限元分析软件Ansys对刀具进行有限元建模和加载计算,以模拟实际切削过程中刀具的热变形.该研究在一定程度上实现了对刀具热变形的定量计算,为进一步研究其对加工精度的影响、采用误差补偿方法提高加工精度提供了参考.     

数控滚齿机参数化自动编程系统开发

为了提高齿轮加工效率,提出了一种基于滚齿加工的自动编程系统。在分析齿轮滚削加工工艺的基础上,建立了齿轮加工的数学模型,进而得到数控滚齿加工的NC程序。该方法仅需通过人机界面输入工件、刀具和工艺等参数,在工艺数据库和运算库的支撑下,即可自动生成NC程序。针对广州数控218MC数控系统,通过用户宏程序进行了自动编程系统的开发,实现了人机界面设计、滚齿算法设计和功能模块设计。最后,通过在工厂多台五轴滚齿机上的应用表明该系统编程效率高、加工零件精度高、算法可靠性强的特点,同时降低了机床操作人员的职业技术门槛,提升了国产齿轮数控系统的市场竞争力。     

基于PowerMILL的五轴数控机床仿真与应用

通过虚拟仿真技术,基于PowerMILL软件自带的机床仿真功能,以双转头五轴数控加工中心为例,介绍五轴机床仿真模型的建立和仿真机床参数设置,并以轴流风叶片进行数控刀路仿真、优化和试切加工,验证仿真系统的有效性,确保五轴数控机床的加工效率和可靠性。     

数控机床位置伺服系统的无模型自适应迭代学习控制

数控机床位置伺服系统在加工过程中受负载、摩擦和电路系统响应特性等因素影响,很难精确建立其加工过程动力学模型。针对批量零件加工过程中的重复执行过程,设计了一种数据驱动的无模型自适应迭代学习控制方案。该方案借助沿迭代轴的动态线性化方法,将数控机床位置伺服系统加工动力学过程等价转化成一个虚拟的迭代数据模型,并根据设计的迭代学习控制律和参数估计律构建数控机床位置伺服系统的无模型自适应迭代学习控制方案。仿真结果表明:该迭代学习控制方案基于数控机床重复运行的特点,仅利用位置和电机电流信息,完成了对零件加工过程的改善,提高了加工精度。     

双转台五轴机床的参数化运动学建模

为支持虚拟数控机床的后处理、加工仿真、参数检测及切削动力学分析,建立其参数化运动学模型。采用修正的Denavit-Hartenberg法,推导出双转台五轴数控机床全参数化正向运动学数学模型;运用逆向运动学算法求解旋转轴及移动轴的关节参数,实现刀具轨迹数据到机床运动坐标的转换,即后置处理;以风机翼型叶片的数控加工为例,验证了该集成模型的正确性和通用性。     

基于NC程序的重型数控铣齿机床能耗预测

准确预测重型数控铣齿机床的能耗是制造过程节能降耗的理论基础。以重型数控高速铣齿机为研究对象，提出基于NC程序的能耗预测方法。分析数控机床耗能部件的能耗特征，并按能耗特征进行部件分类；建立各部件能耗模型，并提出齿轮成形铣齿的材料去除率计算方法；最后，开发重型齿轮铣削加工能耗预测程序。在2台不同型号重型数控铣齿机上的试验表明预测方法的预测精度在95%以上，方法可行；此外，分别提高10%进给速度在实验的2台高速铣齿机上，其分别节能7.52%和4.25%，结果表明重型机床规格越大，节能潜力越大。