大型旋风铣床铣头系统热特性仿真分析

在多种热源的作用下,数控铣床产生热变形,对工件的加工精度产生很大的影响.利用Solid-Works软件对大型旋风铣床铣头系统进行三维建模,运用有限元分析软件ANSYS对热稳定状态下铣头系统的温升及热变形进行分析,得出了铣头系统温度及变形分布情况,并与风冷条件下的温升和热变形进行比较.仿真结果表明,当转速为900r/min时,强风冷使最高温升减小了20.28％,最大热变形减小了12.42％,为数控铣床结构改进和冷却系统的设计提供了理论依据.     

一种面向机械车间柔性工艺路线的加工任务节能调度方法*

大量研究表明机械车间消耗了大量能量,因此降低机械车间的能耗是实现可持续制造的策略之一。现有机械车间节能调度研究主要针对给定的或者具有部分柔性的工艺路线,缺乏对机械车间任务工艺路线多柔性的节能调度研究。针对机械车间任务柔性工艺路线对机械车间调度能耗的影响特性,提出一种面向机械车间柔性工艺路线的节能调度方法。首先,分析了面向机械车间柔性工艺路线的加工任务调度的能耗特性;基于此,构建了节能调度模型,该模型是以任务加工总能耗、加工完成时间、机床负载为目标。进一步提出了一种改进的Q学习算法对该模型进行求解获得其Pareto解。最后通过案例验证了提出模型的节能效果及算法的可行性。     

数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法

机床能量消耗过程的评估和分析是机床能效优化研究的基础。现有研究提出的机床能耗模型主要是静态能耗模型,少数对机床动态性能耗的研究又主要集中在机床运行状态的动态性的建模,缺乏对机床能量源特别是数控机床多能量源的动态性能耗的研究。针对数控机床能量源多、加工任务及加工参数动态变化等特点,提出了一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法。对数控机床能耗过程的动态性进行分析;在此基础上,结合面向对象着色赋时Petri网(Colored timed object-oriented Petri net,CTOPN)和虚拟部件方法建立数控机床多能量源动态能耗模型,其中CTOPN模型用于描述数控机床能耗过程机床和多能量源运行状态的动态特性,虚拟部件方法用于描述数控机床多能量源受加工参数影响的动态特性;通过CTOPN中"变迁"蕴含的信息来驱动虚拟部件模型实现对数控机床多能量源的动态能耗特性的建模。案例分析结果证明了该方法的可行性,上述模型可为数控机床动态能耗的预测、综合的能耗特性分析以及定量的能耗影响因素分析提供一种基础支持,具有较广阔的应用前景。     

基于广义多项式假设模态法的大型螺纹旋风铣削工件系统动力学分析

文章以大型螺纹旋风铣削的工件装夹系统为研究对象,将铣床卡盘、浮动支撑、抱紧装置,以及尾架简化为弹性约束,并将切削力假设为周期性“半正弦”激励信号,运用广义多项式模态假设法,建立了大型旋风铣削工件系统的动力学模型.基于Matlab编程平台,利用Runge-Kutta法对系统的动力学模型进行数值分析,以研究大型螺纹工件的浮动支撑、抱紧装置对螺纹动态响应的影响.分析结果表明:工件的动态响应是由系统固有特性与切削力特性共同决定,而且抱紧装置对工件动态响应影响显著.当引入抱紧装置后,只需选取较小的浮动支撑刚度就能有效的降低切削点处的动态响应.     

大型螺纹旋风铣床主传动系统轴向刚度的分析与研究

文章以大型螺纹旋风铣床的主传动系统为对象,并运用赫兹接触模型及相关理论,研究了主传动系统中丝杠螺母轴向接触刚度和支承轴承的轴向刚度与轴向负载的关系、丝杠轴及丝杠的扭转等效轴向刚度与负载作用位置的关系,并使用贡献比来评价主传动系统各组成部分对系统整体刚度的影响。计算结果表明:主传动系统整体刚度随轴向负载增加呈非线性增加,在丝杠中间处时系统整体轴向刚度值最小,且整体轴向刚度主要取决于轴承轴向刚度和丝杠轴的轴向刚度。其中,轴承刚度贡献比最大,为65%以上,丝杠轴的轴向刚度贡献比小于31%,而丝杠螺母接触和丝杠扭转引起的轴向刚度的贡献比非常小。因此提高轴承轴向刚度是提高大型螺纹旋风铣床主传动系统刚度的关键。     

基于时变热源的丝杠旋风铣削瞬态温度建模方法研究

丝杠旋风铣削是一种高效、生态的加工工艺。其加工过程中会产生大量的切削热,从而会影响刀具寿命、工件完整性和加工精度。目前旋风铣削加工工艺的研究缺乏对丝杠旋风铣削加工过程中切削区域温升的研究。为此,综合考虑了旋风铣削加工过程未变形切屑厚度、宽度与面积时变特性,提出一种适用于丝杠旋风铣削加工过程中切削加工区域刀具、工件和切屑的时变热源瞬态温度建模方法。首先基于丝杠旋风铣削加工过程中未变形切削时变特性的分析,对丝杠旋风铣削加工过程中热源时变特征进行建模,包括时变未变形切屑几何特征、时变刀屑接触区域与时变边界模型;在此基础上,构建旋风铣削加工过程中时变热释放强度模型;进一步建立丝杠旋风铣削时变热源瞬态温升模型。试验分析结果证明了该方法的有效性,并基于该模型揭示了未变形切屑的几何特征、切削线速度对切削区域温度的动态变化规律,为旋风铣削工艺设计人员制定工艺时提供支持。     

干式切削环境污染采集方法与影响分析研究

干式切削工艺作为绿色加工的主流工艺,已得到广泛应用,为实现对干式切削加工环境污染的控制,研制了一种可集成采集粉尘、油雾和噪声等数据的机加环境污染采集工具,提出了一种环境污染在线采集方法,进行了单因素试验与正交试验,研究了切削速度、每齿进给量、冷却条件和材料类型对环境污染的影响规律与程度.结果表明:机床防护门前为最佳采样...     

丝杠硬态旋铣工艺的多目标参数优化

为了进行丝杠硬态旋风铣削下工艺能耗与工艺性能协同优化研究,提出一种同时考虑切削比能、表面粗糙度和表层残余应力的多目标优化方法。基于Box-Behnken试验设计,采用响应曲面法对丝杠硬态旋铣的切削比能、表面粗糙度和表层残余应力进行建模,进一步构建了以丝杠硬态旋铣工艺参数为变量、以低能耗和高性能为优化目标的多目标优化模型。采用改进型非支配排序遗传算法对该模型进行求解,并通过试验数据和优化结果的比较论证了本文优化方法的有效性。     

滚动直线导轨副寿命及失效演变研究

文章在总结当前滚动直线导轨副寿命及失效演变研究的现状及不足的基础上,制定并开展了基于全周期分段步加策略的小子样滚动直线导轨副加速失效演变试验;记录并分析了整个试验周期中的可靠性故障现象,滚动接触疲劳失效过程中的噪声、失效样件表面形貌以及残余应力的演变情况;验证了该试验方法的可行性与高效性;同时文章研究了硬度对整个寿命过程的影响,发现硬度主要影响导轨副早期的磨损与压痕,对疲劳失效并没有明显影响。     

基于WPD与GA-BP网络的滚珠丝杠副润滑失效诊断研究

滚珠丝杠副润滑失效将导致进给精度及加工质量受到显著影响,因此通过振动信号对其润滑条件进行在线识别并对失效状态作出诊断具有重大意义。文章通过试验模拟了滚珠丝杠副油润滑不良、油润滑充分和脂润滑充分三种润滑条件。首先提出了基于小波包分解(WPD)的振动信号能量提取算法,计算得到不同润滑条件下振动信号不同频率带上的信号能量;然后建立了遗传算法(GA)优化后的BP神经网络;最后将信号能量作为特征向量导入至遗传神经网络中进行训练并进行测试。测试结果表明,神经网络的诊断正确率达到90%。研究结果可用于滚珠丝杠副润滑失效的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。