气动自动打磨系统的设计与研究

为了满足生产需要,设计了一种气动打磨系统,可实现对工件4个面进行打磨,工件表面的粗糙度可控制在工艺要求范围内,打磨系统采用气动结构,运行可靠,打磨精度高。同时对打磨工艺做了研究,分析了打磨力、砂纸、打磨次数、反复打磨进给速度等因素对工件表面粗糙度的影响,制定了合理的打磨工艺,取得了良好的使用效果。     

基于电磁变刚度的力控制装置研究

针对传统打磨工艺中接触正压力稳定性差、打磨后表面粗糙度高等问题,基于线圈-永磁铁非接触式共轴组合的电磁交互效应,设计了一种接触力实时可控的变刚度装置。基于Robertson理论,建立线圈-永磁铁电磁系统输入电流到输出力的解析映射模型。在此基础上,采用复化高斯积分方法对电磁力控装置的结构参数进行了优化设计。基于PID算法,设计了该电磁力控装置的自适应力控制策略。最后进行车身表面缺陷机器人自动化打磨对比实验,实验结果表明,电磁力控装置能有效降低打磨后的表面粗糙度,提高表面质量。     

线圈终端盒体打磨机器人控制系统设计

线圈终端盒是国际热核聚变实验反应堆装置中超导馈线系统的重要组成部分。针对终端盒体结构复杂,表面粗糙度高,手工打磨效率低等问题,采用Simotion运动控制器设计了一套打磨机器人装备控制系统,并基于WinCC组态软件设计了人机交互界面,实现了盒体的打磨控制和状态监控。该控制系统,可以完成线圈终端盒体内外表面以及焊缝的自动化打磨,并实时监控系统运行参数,设备操作灵活,易于维护。打磨实验表明:盒体表面打磨后表面粗糙度为R_a2.5μm,焊缝打磨后与产品表面平齐,粗糙度为R_a2.6μm,满足设计要求。     

变压器上线圈打磨设备设计和控制

针对变压器生产过程中,线圈在浇注完成后需要打磨时,受到空间的限制存在的工作效率低、打磨噪声大、粉尘飞溅多、变压器易受损等缺点,提出了一种新型基于PLC控制自动打磨线圈的方案。设计了线圈打磨设备机械结构的整体方案;采用西门子S7-1200系列PLC为控制核心设计了系统的总体控制模块,包括气动控制模块和电路控制模块;利用气动控制模块实现对变压器的夹紧功能,利用电路控制模块实现外部输入信号的接收和处理功能;采用伺服电机实现打磨装置的上下移动、左行和右行的功能;根据顺序动作的控制思想,设计了打磨设备的控制流程;采用Tia Portal V13软件实现打磨设备手动、回原点、单循环、自动、自行检测、报警等控制功能。应用结果表明打磨设备具有稳定性好、实用方便等特点,且可提高工厂变压器的调度管理能力。该系统能有效改善人工打磨线圈设备存在的工作效率低、打磨噪声大、粉尘飞溅、变压器易受损的状况,提高了变压器线圈的打磨效率。     

基于变参数阻抗控制的机器人恒力打磨研究

面向机器人恒力打磨需求,文章设计了阻抗参数在线调整与离线优化的自适应阻抗控制算法,实现了打磨力控制。自适应阻抗控制算法将刚度参数作为时变参数,根据打磨接触力实时在线调整,以消除打磨过程中的稳态误差。针对阻尼参数和惯性参数难以整定的问题,以降低系统超调量和调整时间作为优化目标,采用改进粒子群算法进行阻抗参数离线优化。进行了机器人恒力打磨仿真,仿真结果表明,该方法可以综合改善机器人的恒力控制性能。开展了机器人恒力打磨实验,实验结果表明,该方法可以有效地提高机器人打磨表面质量。     

水介质对钢轨高速被动式打磨影响的试验研究

利用高速打磨试验台开展有水介质和无水介质条件下的钢轨高速打磨试验,研究水介质对磨石受力、钢轨打磨量、磨石磨损率、钢轨表面粗糙度等的影响。结果表明:在水介质存在的条件下,磨石所受横向力的波动明显降低,有利于打磨车作业的安全性;水介质的存在使钢轨打磨量略有降低,但不影响正常打磨作业;水介质的存在有利于降低磨石磨损速率和提高钢轨表面打磨后的光洁度,有利于钢轨的高速打磨作业。     

基于标准粒子群算法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

采用单因素和正交实验法,研究了整体硬质合金刀具高速铣削GH4169高温合金时切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明,每齿进给量对表面粗糙度的影响十分显著,铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响较小;基于标准粒子群算法建立了表面粗糙度与切削参数之间的经验公式,并对经验公式进行了实验验证,结果显示,基于标准粒子群算法建立的经验公式能有效预测GH4169高温合金高速铣削过程中的表面粗糙度,为铣削参数优化、铣削表面质量控制提供了依据。     

基于视觉反馈的工业机器人打磨抛光检测系统应用研究

研究通过基于计算机视觉反馈的表面粗糙度和缺陷检测,实现对各种缺陷的判断和根据粗糙度检测,搭建基于计算机视觉反馈的工业机器人打磨抛光系统,针对金属表面的复杂纹理和缺陷较小容易造成误检或者漏检的情况工件复杂底纹的缺损的检测提出一种基于机器视觉的手机外壳复杂纹理缺陷检测方法;表面粗糙度检测方面,采用非接触式的光学散射表面粗糙度检测方法,测得其散射特征值并与已知表面粗糙度标准样块参数值建立关系曲线从而测得其表面粗糙度,系统具有结构简单、体积小、易于集成产品、动态响应好和不损伤工件表面等优点。     

磨削质量智能优化控制策略研究

提出了一种外圆纵向磨削加工质量优化智能控制策略。控制系统-由基于神经网络的专家系统、优化适应控制系统、逻辑智能决策与直觉决策相结合的控制系统组成。系统通过变化磨削速度来控制工件变形的优化适应方法；采用两个模糊神经网络分别控制工件的尺寸和表面粗糙度。仿真和实验证明了此控制策略的可行性。     

砂带磨削钛合金磨削加工性能研究

针对钛合金零件干式打磨过程中磨具堵塞引起烧伤的问题,开展锆刚玉砂带和碳化硅砂带干式磨削TC4合金加工试验。通过分析磨削温度、材料去除量、表面完整性及磨粒磨损特征,对砂带磨削钛合金加工工艺进行研究。结果表明：相同磨削用量条件下,锆刚玉砂带相比于碳化硅砂带,磨削温度最高降低23.6%,耐用度提高2倍。磨削表面粗糙度随砂带线速度的增大逐渐降低,且两种砂带磨削表面粗糙度差值呈逐渐增加趋势。当砂带线速度v_s=20 m/s时,锆刚玉砂带比碳化硅砂带磨削表面粗糙度降低了29.7%;当磨削深度增大时,碳化硅砂带磨削表面粗糙度值快速增加,锆刚玉砂带磨削表面粗糙度增量缓慢,当磨削深度增大到0.1 mm时,表面粗糙度差值达到22%。     

铣削表面粗糙度在线监测与加工参数的自适应优化

针对实际加工中工件与刀具之间的无规律振动而导致零件表面粗糙度不受控制的问题,提出了一种融合在线监测和自适应加工的方法.以主轴转速、背吃刀量、进给速度以及工件振动量为特征,基于XGBOOST算法对表面粗糙度进行回归分析,建立表面粗糙度的预测模型;在加工中对工件振动量进行实时采集,结合主轴转速、背吃刀量、切削速度和进给量建立实时表面粗糙度在线监测系统;当预测结果超出警戒值时,系统自动对切削参数背吃刀量、切削速度和进给量进行优化,进而减小工件振动,从而保证被加工零件的表面粗糙度.与传统的先加工后测量的方法相比,提出的方法实现了在加工的同时进行预测、分析与切削参数的自适应优化,有效地控制了被加工零件的表面粗糙度.     

铣削表面粗糙度在线监测与加工参数的自适应优化

针对实际加工中工件与刀具之间的无规律振动而导致零件表面粗糙度不受控制的问题,提出了一种融合在线监测和自适应加工的方法.以主轴转速、背吃刀量、进给速度以及工件振动量为特征,基于XGBOOST算法对表面粗糙度进行回归分析,建立表面粗糙度的预测模型;在加工中对工件振动量进行实时采集,结合主轴转速、背吃刀量、切削速度和进给量建立实时表面粗糙度在线监测系统;当预测结果超出警戒值时,系统自动对切削参数背吃刀量、切削速度和进给量进行优化,进而减小工件振动,从而保证被加工零件的表面粗糙度.与传统的先加工后测量的方法相比,提出的方法实现了在加工的同时进行预测、分析与切削参数的自适应优化,有效地控制了被加工零件的表面粗糙度.     

薄壁件加工表面粗糙度建模与主动监控技术

粗糙度作为表面质量的重要参数,直接影响到零件的耐磨、耐腐蚀、抗疲劳与接触刚度等性能,对其进行准确预测并实现加工过程中的粗糙度超标在线报警,在工程实际中有着重要意义。本文基于工程应用的快响应和底层算法简便性要求,根据表面粗糙度形成理论,采用线性回归方法建立了振动强度与表面粗糙度之间的映射模型,在此基础上建立了监测采集系统,实现在线的表面粗糙度报警功能,保证加工质量并提高产品合格率。     

形位不确定回转腔体内壁表面的打磨

提出一种基于逆向工程和阻抗力控制的打磨方法来实现形位、刚度不确定回转腔体内壁表面的精确打磨操作.采用准在线激光测量方法对形位不确定回转腔体内壁表面进行粗、精测量,提取纵截线簇数据,处理后重构内壁曲面.联合阻抗力控制和智能控制方法,提出参考轨迹的模糊调节算法;采用激光探测内壁曲面信息计算参考轨迹,根据接触环境刚度变化,建立模糊调节规则;通过调节因子对当前控制周期的参考轨迹变化量进行调整,使机械手打磨头在回转腔体内具有柔顺控制能力,实现对形位、刚度不确定回转腔体内壁表面的精确打磨.搭建了机器人激光测量与打磨开放式试验平台,进行了力控制打磨试验研究.试验结果表明:采用准在线纵截线激光预测与测量,重构曲面模型的相对平均误差小于0.024％;采用模糊调节力控制算法对固体火箭发动机壳体绝热层内表面进行打磨,目标打磨深度为0.200mm时,打磨正压力相对误差小于±5％,回转腔体内表面打磨深度的相对平均误差为6.5％.结果显示所提方法可实现对具有复杂回转腔体内壁表面的精确打磨.     

基于动力学约束的端面铣削工艺参数优化

工艺参数优化对提高切削过程的加工效率和加工成本具有重要意义。将铣削系统动力学作为主要约束条件,提出端面铣削工艺参数的多目标优化模型。基于铣削系统动力学分析,得到了综合切削稳定性、工件表面粗糙度、主轴转速、切削力、切削功率等约束的工艺参数多目标优化模型。通过调节权重系数实现优化方向的控制,并采用快速粒子群算法对工艺参数进行优化计算。工艺优化实例及试验表明,采用基于动力学约束的工艺参数优化方法可以获得较好的工艺参数优化结果。     

机器人末端打磨执行器设计与开发

轨道交通车辆车体人工打磨方式存在诸多弊端,通过研究机器人打磨等核心技术,设计并开发了一种集成恒力控制装置的机器人末端打磨执行器。从打磨执行器功能需求出发设计了基本结构;具体阐述了打磨执行器接触力恒力控制组件的工作原理以及吸尘组件的设计过程;对打磨执行器框架进行静动态特性分析,验证了结构的合理性;最后通过打磨执行器可行性验证实验对该打磨执行器恒力控制和吸尘效果进行了评估,实验结果表明接触力恒力控制组件可以保证打磨过程中打磨执行器与工件接触面的法向力基本恒定,补偿作用明显。打磨执行器吸尘效果良好,保证了车间清洁,能够满足轨道交通车辆车体表面打磨制造要求。     

表面粗糙度对聚氯乙烯板搭接强度的影响

为验证不同表面粗糙度的聚氯乙烯(pvc)塑料板材搭接接头强度性能,用不同目数的砂纸分别对多组pvc板材进行打磨(打磨长度为30 mm),用表面粗糙度仪器测量表面粗糙度并用高倍显微镜检测表面情况;结果表明60目—400目砂纸打磨的板材表面粗糙度依次减小,表现为R_a值由10.84μm减小至1.503μm。用不同表面粗糙度的板材与硅橡胶粘结成搭接件进行拉伸强度试验,得出不同的表面粗糙度的搭接件具有不同的搭接强度,用60～100目砂纸打磨的板材搭接接头能承受的最大拉伸力由1.858 kN增大至2.063 kN,搭接强度逐渐增大;用100～400目砂纸打磨的板材搭接接头能承受的最大拉伸力由2.063 kN下降至1.567 kN,搭接强度逐渐降低,对照组为未经任何表面处理的板材搭接件,能承受的最大拉伸力为1.380 kN,搭接强度最低;实验表明对于pvc塑料板材与硅橡胶的搭接件,用100目的砂纸打磨后的搭接性能最好。     

爬壁打磨机器人轻量化设计研究

针对大型容器焊缝及热影响区域人工打磨存在效率低、一致性差等问题,根据打磨工艺要求对打磨过程进行了打磨效果及影响因素分析等工艺研究,基于打磨工艺的研究结果对爬壁打磨机器人进行了功能和性能需求分析,建立了总功能图和具体功能原理模型,通过对比分析各功能原理解确定了爬壁打磨机器人的结构方案,详细研究了爬壁打磨机器人的关键结构并进行了样机打磨试验。结果表明:空载转速4 000 r/min、正压力10 N为打磨工艺的最佳参数值;爬壁打磨机器人打磨效率为1.12 m2/h,打磨后壁面呈现镜面效果,粗糙度Ra≤25μm,达到了设计要求,具有较高的工程应用价值。     

应用响应曲面法优化影响Zr-4锆合金管坯表面粗糙度的磨削工艺参数

为优化影响锆合金管坯外表面粗糙度的磨削工艺参数,提高Zr-4锆合金包壳管的耐腐蚀性能,首先采用中心组合设计方法,在多次抛磨试验结果的基础上,利用Design-Expert 8.0软件建立了与主要磨削工艺参数(砂带线速度、磨削压力、砂带进给速度及管坯旋转速度)具有映射关系的表面粗糙度分析模型;次之,对所建模型进行了优化及可靠性验证;最后通过研究工艺参数间的交互效应对管坯表面粗糙度的影响规律,得到了各工艺参数间的最优组合。试验表明,采用优化后的工艺参数组合进行磨削加工,可将锆合金管坯表面粗糙度有效控制在0.46μm以下。     

风电叶片表面打磨机结构设计与轻量化研究

为了对叶片表面打磨以进行后期处理,根据某一型号叶片设计了风电叶片表面打磨机。基于打磨机自身重力和打磨过程中的工作负载情况,利用Solid Works和ANSYS对打磨机进行强度分析、刚度分析和优化设计。通过灵敏度分析法和响应曲面分析法,在保证打磨机刚度的情况下,其质量可降低510 kg.结果表明:灵敏度分析法和响应曲面法是研究轻量化的有效途径。