高速陶瓷电主轴的热态特性分析

利用高速陶瓷电主轴热稳态和热瞬态的热力学模型,研究了热态性能对零件加工精度的影响,结合某高速精密加工中心的主轴单元,用有限元计算和分析了温度场及热平衡时间,将结果与实验进行比较,证明其有效性。结果表明:高速陶瓷电主轴在运转时热量主要来源于内置电机的损耗发热和轴承摩擦生热。前后轴承、定子和转子是热量集中处,最高温度出现在转子与定子间间隙处,为62.23℃,需采用良好的散热措施进行散热;精密磨削加工前应提前启动机床,进行10 min的预热,使机床各部件达到热平衡,减少热变形带来的加工误差,提高加工质量。该建模方法以及热力学模型可为高速电主轴的优化设计和研制提供一定的参考。     

干切滚齿机床热流复杂特性及多维调控策略

针对干切滚齿机床的热稳定性问题,研究其热量流动特性及优化控制策略.通过分析传动方式和结构布局特征,阐明了干切滚齿机床的热流复杂多源特性.基于宏微观传热动力学,建立了结构流体温度多场耦合的干切滚齿机床储热模型.通过热稳定性致变因子探析,提出了干切滚齿机床热流多维调控方法,包括热稳定性多源协同优化、压缩空气场协同强化换热、...     

基于灰色模型的机床切削温度预测分析

为有效预测机床的切削温度,以降低切削温度对工件表面质量和刀具的影响为目标,设计一种基于灰色模型的机床切削温度预测方法。以温度传感器为硬件核心设计机床切削温度采集单元,实现切削温度实时数据的采集与处理;以灰色GM(1,1)模型为基础建立切削温度预测数学模型;利用MATLAB对采集的温度数据进行预测仿真分析。研究结果表明：基于灰色GM(1,1)模型的切削温度预测值与实际切削温度的变化及增长规律相吻合,对工程人员的工艺制定与技术实施具有指导意义。     

汽车发动机连杆材料β钛合金的切削加工研究

以新型汽车发动机连杆材料β钛合金Ti-10V-2Fe-3Al为研究对象,运用激光辅助切削加工的方法对该材料的加工工艺进行优化,研究了不同加工方法、加工参数对其切削特性的影响。研究结果表明:激光辅助切削加工试样切削温度高于机床切削加工,而切削力低于机床切削加工;在切削速度较低时,随着切削速度的增加,试样切削温度变化较大;随着切削速度的继续增加,激光辅助切削加工试样切削温度降低、机床切削加工试样切削温度升高,最终都趋于稳定;在切削速度较高时,不同切削加工方法的切削力基本相同;机床加工试样切削温度随着进给量的增加而增加,激光辅助切削加工试样切削温度则先急剧下降然后趋于平稳。     

超低温加工机床的液氮冷却介质可靠传输与精准调控

超低温冷却加工是一种以钛合金、复合材料为代表的难加工材料高质高效加工方法。刀具中内喷式冷却是将液氮通过主轴和刀柄的内腔通道引导至刀尖处。与刀具外喷淋冷却相比,内喷方式对切削区域及刀具的冷却更加充分。常规机床主轴和刀柄无法实现液氮传输功能,其材料和结构更不能满足超低温隔热与动密封要求。为解决机床结构中液氮因汽化和泄漏导致相态、流量、压力等传输特征稳定性差、不可控的难题,提出基于定向导引与热阻强化的隔热方法,建立唇形密封在超低温介质下的接触应力模型,提出局限空间内的超低温动密封方法,研制保障液氮可靠传输的中空隔热主轴-刀柄;揭示热交换与两相流压降对液氮传输稳定性的影响机理,构建液氮射流状态精准调控系统。开发国内首台液氮内喷式超低温加工机床,开展液氮传输调控试验与钛合金切削试验,结果表明:主轴隔热、密封性能良好,液氮传输状态稳定且调控精准度高,超低温加工表面粗糙度较干切削降低约50%,冷却效果显著。     

[绿色制造工艺和系统]基于切削比能的高速干切工艺刀具温升调控方法

高速干切中,较高的切削速度和切削液的缺失使得切削热短时间内在刀具上大量聚集,造成刀具磨损并影响使用寿命,解决该问题的有效手段是控制刀具温度升高。通过分析高速干切削加工过程中切削热在刀具中的传递与作用特性,基于切削比能和切屑几何形貌建立高速干切刀具的温升模型,在此基础上以温升最小为目标,以切削速度、进给量、刀具主偏角为变量,提出一种刀具温度调控方法,并结合高速干式车削加工案例进行应用与验证分析。     

机床加工系统切削热全过程传递模型研究

经典切削热研究主要考虑了切削区热量的发生机理及其在切屑、工件、刀具之间的分配。综合考虑切削热在切屑、工件、刀具、冷却介质以及机床加工空间的传递规律,提出了机床加工系统切削热三阶段传递的新思路。从热传递框图模型及热传递计算模型2个层面,分别建立了切削接触界面热传递动态模型、切削区域热传递动态模型、机床加工空间热传递动态模型。最后通过现有文献试验数据对比对所建模型的置信度进行了分析。该模型的建立将为切削热的理论研究提供新的研究思路,为刀具寿命和机床加工系统温度场控制技术提供理论支撑。     

基于切削比能的高速干切工艺刀具温升调控方法

高速干切中,较高的切削速度和切削液的缺失使得切削热短时间内在刀具上大量聚集,造成刀具磨损并影响使用寿命,解决该问题的有效手段是控制刀具温度升高。通过分析高速干切削加工过程中切削热在刀具中的传递与作用特性,基于切削比能和切屑几何形貌建立高速干切刀具的温升模型,在此基础上以温升最小为目标,以切削速度、进给量、刀具主偏角为变量,提出一种刀具温度调控方法,并结合高速干式车削加工案例进行应用与验证分析。     

高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传递模型

高速干切滚齿工艺消除了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺。切削热伴随着高速干切滚齿工艺全过程且区别于传统湿式滚切工艺,是造成干切滚刀磨损和机床热变形的重要因素,直接影响制造成本和加工精度。根据干切滚刀周期性断续传热特性,综合考虑切削热在切屑、工件、干切滚刀、冷却介质以及滚齿机床加工空间的传递规律,提出将高速干切滚齿工艺系统切削热的发生与传递全过程划分为三个阶段的研究思想,从关系模型和热传递方程两个层面建立了高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传热模型,包括切削接触界面热传递、切削区域热传递和机床加工空间热传递三个阶段的模型,然后基于工艺仿真试验对所建模型进行了应用研究,揭示了高速干切滚齿工艺系统的切削热在工件、干切滚刀、切屑中的动态变化规律,最后通过试验验证了模型的有效性。     

基于Kriging模型的数控机床空间切削稳定性

针对机床加工点空间位姿的改变,导致切削稳定性预测具有复杂性和不确定性问题,提出一种基于Kriging模型的机床空间切削稳定性研究方法。该方法以机床最小极限切削深度为研究对象,首先,通过构建描述其与加工位姿间数学关系的Kriging模型,预测其在加工空间的演化规律;其次,引入改进粒子群算法,计算具有最小极限切削深度极大值的加工位置,并结合切削实验和能量分布理论确定机床易颤振模态及对应的薄弱结合部,通过优化结合部动刚度以提高最小极限切削深度值。以一台立式加工中心主要加工任务中耗时较多的工序进行实例验证,建立该工序最小极限切削深度的Kriging模型,阐明加工位置变化对切削稳定性有较大影响,并提出结合部动刚度优化方案,提高了最小极限切削深度。     

空气涡流制冷及在切削冷却中的应用

在机械零件的切削加工中，由于种种原因常常不能使用液体进行冷却，而使用压缩空气直接吹冷，又会产生噪声、切屑乱飞等环境公害，而且有时冷却效果也不好，所以这时需要采用其他方法进行切削冷却。笔者研究了空气涡流制冷方法，使用工厂内既有的压缩空气将其接入涡流管，利用涡流产生的“兰克效应”。在冷气出口端产生零下十几度的低温气流用以冷却切削加工区域，而且还可通过调节进气压力、流量来改变冷气流温度和冷气流量，为特殊情况下工作的刀具冷却开辟了～条新的途径。1涡流管冷却作用原理［1］压缩空气由喷嘴以跨声速切向高速射入涡…     

响应曲面法优化球墨铸铁切削参数的研究

利用有限元技术建立了球墨铸铁QT700镗孔切削的简化模型,为响应曲面法提供试验数据。采用了中心组合设计方法,对试验数据进行多元回归分析,建立了主切削力和切削温度与切削速度、进给量及背吃刀量相关的预测模型。通过对响应面模型的分析研究,确定了各切削参数对主切削力与切削温度的影响。最后通过乘除法建立了主切削力、切削温度和去屑率的综合评价函数,求得在同时保证一定加工质量和加工效率情况下的优化切削参数值。     

铝基复合材料的绿色切削加工表面试验

通过正交试验研究干切削SiCp/Al复合材料时,切削用量对已加工表面粗糙度的影响.选定切削用量,试验研究干式切削、压缩空气喷吹、油液浇注和最小量润滑油雾喷射切削区等冷却方式对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明,以一定流量的油雾喷射冷却润滑切削所得的加工表面粗糙度,与传统的油液浇注切削所得的已加工表面粗糙度比较接近.     

一种考虑工件材料表面硬度的铣床功率模型

为了降低车间加工能耗、提高制造过程能量效率,建立了铣床待机状态、辅助状态、空载状态、切削状态下的功率模型。针对铣床切削功率,提出一种考虑材料硬度和主轴转速对材料去除功率影响的切削功率改进模型,对同一机床铣削多种工件材料情况的能耗进行评估,从而在一定程度上扩展现有铣削功率模型的适用范围。针对被测试机床润滑冷却系统工作特性导致待机功率存在间歇变化,提出一种分段函数式待机功率表达模型,相比现有常数式待机功率模型,该模型能够更好地反映机床待机功率情况;经实验研究和实例验证,所提改进功率建模方法及其模型具有良好的平面铣削加工能耗预测准确性。     

高效高质量铣削参数多目标优化方法研究

机床的切削参数决定着机床加工的质量及加工效率,传统的切削参数选择方法基于工人经验,很难实现加工质量与效率的最优。针对以上问题,提出了一种面向高效、高质量加工的数控机床铣削参数多目标优化算法。算法以铣削四要素(切削速度、每齿进给量、切削深度和切削宽度)为优化变量,以最小切削力和最大材料去除率为优化目标;采用基于Tent映射的混沌初始化多目标粒子群优化模型进行参数优化,采用优化前后不同参数组合构建四因素四水平的正交实验,以表面粗糙度值作为加工质量主要表征,比较优化前后参数组合的实验结果。结果验证了优化方法和优化模型的有效性。     

基于ANSYS Workbench的机床热结构与热平衡分析

机床热误差是影响机床加工精度的主要因素,目前对热误差的控制主要采取补偿的方法,即通过采集机床热平衡时的温度以及热变形误差来建立数学模型,实现热误差的补偿。通过对XK7132数控铣床进行热边界条件分析,提出了利用ANSYS Workbench软件对机床整机进行稳态热结构分析以及对主轴进行热平衡分析,得到了机床的稳态热变形及主轴温升平衡曲线。由分析结果可知,稳态热变形主要发生在主轴的X轴和Z轴方向,而达到热平衡时所需时间大约为40～50 min,为机床热误差补偿时传感器的布置提供了理论依据。     

基于遗传算法的铣削参数优化

研究了在加工中心环境下 ,铣削加工切削参数的优化选择问题。通过考虑机床和工件的实际约束 ,建立了以最大生产率为目标的切削参数数学模型。应用遗传算法 ,及所建模型对铣削参数进行了寻优并进行了实例验证。     

Phoenix Ⅱ干切数控铣齿机端面滚齿法数控加工模型

针对当前螺旋锥齿轮干切削机理认识不足而导致不能利用数控机床的干切削功能,设备的先进性得不到充分发挥的情况,分析了螺旋锥齿轮干切削机床--PhoenixⅡ数控铣齿机的结构模型并建立了2种机床的坐标系;在保持2种机床坐标系中刀具与工件具有相同的相对运动方向与相对位置的前提下,基于空间坐标变换原理,研究推导了Phoenix Ⅱ数控铣齿机端面滚齿法的数控加工模型.该数控加工模型是一种完全等效、无转换误差的显式转换模型.最后发,通过实例计算得到了Phoenix Ⅱ600HC数控铣齿机各个数控轴加工时的瞬时位置.     

车削刀具几何参数低碳优化建模与求解

为了实现车削加工过程的低碳化并提高加工质量,在分析车削加工过程中能耗特征及切削温度与刀具几何参数之间关系的基础上,以刀具前角和主偏角为优化变量,考虑加工过程机床设备和加工质量等约束,建立了车削加工刀具几何参数低碳优化模型;针对所建模型,提出一种基于改进的自适应遗传算法的优化求解方法。实例分析表明,以低碳排放为优化目标、以切削温度为约束条件优化车削刀具几何参数,可使碳排放和切削温度比原刀具参数分别降低12%和17%。所建模型和方法可为制造企业优化选择刀具几何参数降低碳排放提供理论方法支持。     

基于STEP-NC车削特征的切削参数优化

文中切削参数优化数学模型以STEP-NC加工特征为建模对象,通过在系统中建立PostgreSQL切削数据库,为模型提供机床、刀具加工信息以及常用参数,利用遗传算法对数学模型进行处理从而得到优化结果.