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[博士论文] 黄伟迪
机械制造及其自动化 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:论文依托国家自然科学基金项目:《数控机床高速电主轴的不确定非参数动力学建模与动态预测》(11172260),对高速电主轴的动力学建模和振动特性开展了分析研究。论文结合了典型故障与不确定性,建立了高速电主轴动力学模型,研究了一种面向旋转机械的不确定非参数建模方法;在通过理论与数值方面研究高速电主轴振动的动态演化规律的同时,利用和发展非线性时间序列分析和相空间重构方法,将一维时间序列信号重构到高维相空间,进一步分析杂乱振动信号在重构后的高维相空间中的不同拓扑流形结构,对杂乱振动信号进行识别和分类,并开展了相应实验验证。
  论文的主要研究工作以及章节安排包括:
  第一章:分析了高速电主轴动力学建模方法及特性分析的研究意义与作用。综述了电主轴动力学建模方法、不确定非参数建模方法以及振动信号特征提取方法的研究现状,归纳出现有研究尚存问题,进而提出了本文的研究内容。
  第二章:针对高速电主轴角接触球轴承高转速的特点,建立角接触球轴承的拟静力学模型,分析径向力与电主轴转速对轴承滚珠与轴承沟道的接触角、接触力的影响;根据轴承与滚珠的受力平衡条件,研究角接触球轴承刚度受电主轴转速与预紧力的影响;基于Timoshenko梁理论,建立轴承-主轴的有限元模型,分析角接触球轴承不同预紧力对电主轴临界转速的影响。
  第三章:分别建立了电主轴球轴承非光滑接触力、转子偏心导致的不平衡磁拉力和滚动轴承表面缺陷故障模型。基于电主轴有限元模型,通过计算不同转速、轴承游隙和初始偏心距下电主轴振动响应的分岔图和故障轴承的振动响应,详细分析了电主轴受球轴承Hertz接触力与不平衡磁拉力作用而产生的丰富动力学现象,并讨论了滚动轴承故障特征。
  第四章:建立了高速电主轴系统的随机不确定非参数模型,其中考虑了轴承接触力、不平衡磁拉力和外部有界噪声激励对电主轴振动特性的影响。基于蒙特·卡罗模拟方法,通过数值实例研究了模型不确定性和外部有界噪声激励对电主轴涡动频率和振动响应分岔等行为的影响。
  第五章:应用相空间重构技术将电主轴的一维振动信号重构到高维相空间中,通过比较重构后确定性系统和不确定性系统的相空间轨迹来识别振动信号中的不确定性的影响。针对滚动轴承故障,基于相空间重构技术提出了一种向量夹角的故障分类方法,通过数值模拟与实验验证,验证了该方法的有效性。
  第六章总结了本文研究的主要结论,并对今后的研究工作进行了展望。
[硕士论文] 刘银磊
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着精密制造业的快速发展和技术的不断进步,以高精度和高效率见长的高速镗削技术在机械加工领域得到了广泛应用,高速旋转复合材料镗杆应运而生。用复合材料镗杆替代金属制造镗杆的优越性体现在:它具有高静态刚度和高阻尼以及非常高的比刚度,能同时提高包括镗杆在内的机床结构的动态刚度和基本固有频率,可用于深孔高速加工。然而,由于复合材料镗杆具有较高的阻尼,研究材料内阻对旋转复合材料镗杆的动力学与稳定性的影响,势在必行。因此,本文以考虑材料内阻的复合材料镗杆为研究对象,围绕复合材料镗杆切削系统进行建模和稳定性分析,具有重要的理论和实际意义。
  本文基于Hamilton原理和Bernoulli-Euler梁理论,提出一个具有一端固定、一端自由边界条件的复合材料镗杆的连续分布参数动力学分析模型。并且在模型中引入复合材料的阻尼特性。采用Galerkin法对复数形式的弯曲振动方程进行求解,导出复合材料镗杆的特征方程。通过数值计算得到固有频率、阻尼和动刚度随铺层角的变化曲线,分析铺层角、铺层方式以及长径比的影响;并且得到复合材料镗杆固有频率-转速曲线和阻尼-转速曲线,分析铺层角和长径比的影响。
  引入锥度参数,建立了复合材料锥形镗杆的动力学模型。在导出复合材料镗杆的特征方程的基础上,通过数值计算得到了复合材料镗杆的固有频率和阻尼。研究了纤维铺层角、长径比以及锥度的影响;同时得到复合材料镗杆临界转速-锥度变化曲线和失稳阈-锥度变化曲线,研究纤维铺层角、长径比的影响,揭示了锥度、纤维铺层角和长径比对临界转速和失稳阈的影响。
  在Altintas等人的颤振模型的基础上,通过引入复合材料镗杆的旋转陀螺效应,建立镗削颤振系统的线性再生时滞型动力学分析模型。根据切削参数和机床振动系统的动力学参数,采用复合材料镗杆的弯曲振动方程,获得具有陀螺效应的切削系统的传递函数,进而建立极限切削深度的计算公式。通过Matlab数值仿真计算出极限切削深度随转速的变化曲线,并且分析了材料,铺层角,长径比和锥度对极限切削深度的影响。
[硕士论文] 田继爽
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:伴随当代工业产业的发展,深孔加工被普遍运用在航空航天、军事、汽车等领域,深孔加工精度与加工质量的要求也越来越高。高精度深孔加工成为机械加工领域的难题之一。研究深孔镗削加工发现,极易产生切削颤振的主要原因在于镗杆的长径比大、动刚度小,从而使得工件的表面加工质量和深孔加工精度降低,难以符合生产加工质量要求,而且缩短了刀具的使用寿命。
  本文以具有约束层阻尼的复合材料镗杆为主要研究对象,将镗杆的动力学模型及镗削加工时镗杆的颤振稳定性分析作为重要探究方向,以期为镗削加工过程中的颤振预防和抑制提供重要理论依据,从而将颤振的危害降低。本文的主要研究工作包含以下几个方面:
  基于Euler-Bernoulli梁理论建立再生颤振时复合材料镗杆的线性动力学模型,依据该模型对再生颤振时镗杆的稳定性进行分析,得到镗杆颤振稳定性叶瓣图,并使用数值方法验证分析结果。在稳定性叶瓣图的基础上,分析复合材料铺层角及长径比对切削稳定性的影响。
  基于切削颤振的被动控制理论,提出具有约束层阻尼的复合材料镗杆的研究方案,利用复刚度理论,建立了具有约束层阻尼的复合材料镗杆的结构损耗因子计算模型,并对镗杆的结构参数进行优化分析。并根据理论分析计算具有约束层阻尼的复合材料镗杆的一阶固有频率、一阶阻尼比等动力学特性。
  以再生颤振时镗杆的线性动力学模型为基础,建立具有约束层阻尼的复合材料镗杆的动力学模型。通过颤振稳定性分析,揭示了基体层、阻尼层、约束层材料对颤振稳定性的影响规律,揭示了复合材料镗杆的铺层方式及铺层角对颤振稳定性的影响规律,具有约束层阻尼的复合材料镗杆的结构参数包括阻尼层和约束层厚度、长径比也对镗杆的性能有重要影响。
  在对颤振稳定性叶瓣图分析的基础上,利用对时滞运动方程的数值积分,得到复合材料镗杆的时域响应曲线,与时域数值积分结果的一致性说明切削稳定性叶瓣图计算结果的正确性。并利用镗削过程不发生颤振最大切削深度与系统的动刚度成正比的规律验证了预测方法的可行性。
[硕士论文] 冯文亮
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:复合材料具有较高的比强度和比刚度、较好的耐疲劳性能和抗振性能以及优良的阻尼特性,这使其在零部件的轻量化和抗振性能等方面具有较大的优势。随着深孔加工越来越普遍的应用在先进航空设备和各种车辆的传动轴设计中,对复合材料镗杆的振动稳定性和工作可靠性,提出了更高的要求。由于镗杆材料、形状以及架紧方式不同,其工作的可靠性和动力学特性也各不相同。因此,建立精确的复合材料镗杆动力学模型,分析在不同条件的影响下镗杆的动力学特性,具有重要的意义。
  本文从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立三种不同边界条件的复合材料镗杆的振动模型。根据运动方程和边界条件,采用分离变量法、转换矩阵法推导出振动的特征方程。通过数值计算获得了不同边界条件复合材料镗杆的固有频率和动刚度随铺层角的变化曲线、表格,揭示了铺层材料、不同的夹紧方式、铺层方式对固有频率和动刚度的影响。
  对具有减振芯的复合材料镗杆的动力学特性的进行了讨论和研究,应用材料力学的理论建立了一个具有减振芯的复合材料镗杆的模型。并据此揭示了不同类型纤维复合材料、铺层方式、减振芯和长径比对固有频率影响,同时研究了上述参数的选取对动刚度影响。
  在上述研究的基础上,引入锥度参数,研究变截面复合材料镗杆的动力学特性。根据Euler-Bernoulli梁理论和拉格朗日方程建立复合材料锥形镗杆的动力学方程。然后,采用假设模态法对上述动力学方程近似求解,研究锥度、纤维铺层角、长径比等参数对复合材料锥形镗杆的动力学特性的影响。
[硕士论文] 陈海宾
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:磨料水射流切割钢板是一种高效且无污染的新的加工方法,目前,学者主要针对在常温下磨料水射流的切割机理及切割参数进行研究,随着磨料水射流的应用场景的多样化和复杂化,诸如火灾发生时等一些高温环境,对磨料水射流切割过程的理解和操控也提出了更高要求,在一些高温环境下,金属材料经磨料水射流切割后的的物理力学性能变化规律以及断裂机理和变形行为也将呈现和常温下不同的表征,对于常温下的最佳的工作参数将不再适用。因此,本文主要是对热效应下磨料射流切割钢板的机理研究。其主要研究内容如下:
  首先,介绍常见切割钢板方式,并阐述了磨料水射流技术的发展历程和国内外的研究现状,列出了本论文主要研究内容及研究意义。
  然后,以传热学和有限元基本理论为基础,对氧乙炔加热钢板的过程进行了数值模拟和理论分析,建立三维瞬态温度场的有限元方程。针对温度场和热应力分析的数值模拟基础进行了概述,选择了合适热源模型,对氧乙炔加热钢板进行了模型建立和网格划分。通过ANSYS分析软件的云图显示后处理功能求出钢板的温度变化以及应力变化情况,从而显示整个钢板的温度场和应力场分布。
  最后,采用软件对单颗磨料粒子撞击钢板进行了模拟分析,验证了热效应下磨料水射流切割钢板的可行性。然后基于实验室现有设备,采用单因素实验法,通过对不同切割压力、不同的喷嘴的移动速度对常温下和热效应下两种状态进行切割钢板实验,在其他基本参数一致的情况下,得到热效应下对钢板进行切割时需要比常温下提供更高的切割压力或是降低移动速度的重要结论。而且通过对比45和304不锈钢的磨料水射流切割深度,在切割压力20MPa,喷嘴的靶距设定为6mm,喷嘴的移动速度100mm/min等参数设定下,可以看出在热效应下切割304不锈钢比45钢容易一些,前者切割深度较大。
  另外,本文用扫描电镜观察了钢板切割断面的微观形貌,得出在热效应下钢板切割断面以犁削现象为主,常温下以磨削现象为主。通过对本课题的研究,也丰富了高压水射流的基础理论知识,在工程实践应用和实际操作过程中,提供了一定的参考意义和指导价值。
[硕士论文] 刘汇清
机械设计及理论 集美大学 2018(学位年度)
摘要:二维超声振动切削作为一种先进制造技术,有着比普通切削更好的切削效果,尤其在难加工材料方面,如光学玻璃、单晶硅、陶瓷和不锈钢等材料,其切削优势更为明显。但是也有需要改进和提高之处,比如振动系统的运动耦合误差较大,为了解决这一不足和继续增强其性能优势。本文将致力于双激励二维超声椭圆振动切削装置的研究,其研究主要内容和成果如下:
  (1)设计一种垂直型的双纵向超声椭圆振动切削装置,通过特制的柔性金属机构连接两组纵向复合式换能器。根据纵向复合式换能器的节面位置设计一套夹具系统。
  (2)运用解析法确定了换能器和变幅杆的结构尺寸。在此设计基础上,利有限元分析方法对双纵向超声椭圆振动系统做了模态分析和谐响应分析,得到了能满足振型、节点位置、频率要求的系统模型。谐响应分析结果表明:1)该系统能够合成超声波椭圆轨迹;2)刀具输出与换能器输入的两相振动相位差非常接近;3)通过调节激励信号的相位差可以改变超声波椭圆轨迹的形状。
  (3)利用阻抗分析仪和激光测振仪对超声振子进行了性能测量,得到了符合设计要求的二维超声椭圆振动系统,取正交的两组纵向复合式换能器的真实谐振频率的平均值48900Hz作为振动系统输入的激励频率。
  (4)针对黄铜和普通玻璃两种材料分别做了超声椭圆振动切削试验和未加超声试验,结果显示,二维超声椭圆振动切削效果明显好于普通切削,且当激励相位差为60°时,切削效果最好。
[硕士论文] 黄志鹏
机械设计及理论 集美大学 2018(学位年度)
摘要:超声波椭圆振动切削(UEVC)应用于超精密加工,能对难加工材料和需要高精度表面微结构的零件进行有效加工。传统超声加工装置中使用变幅杆连接换能器与刀头,其刚性连接的特点使振动模态难以满足两个方向的振动耦合,导致其振动轨迹难以精确控制。本论文提出利用导波线传输纵-弯二维振动,既方便了结构的设计又极大的提高振动耦合效率。
  本文利用导波线具备单向动态刚度特性,研制了利用导波线传输超声振动的纵-弯二维振动装置并且进行了实验研究。其主要的工作及研究内容如下:
  (1)超声波椭圆振动装置由两个夹心式压电纵向振动换能器组合而成,利用ANSYS有限元分析软件对装置进行了纵-弯复合振动模态分析,根据仿真结果并结合实际工程经验确定装置的结构尺寸。
  (2)利用ANSYS谐响应模块对整体装置进行分析,设置不同的两个换能器的输入激励相位差,得到相应相位差的刀尖点振动轨迹。
  (3)对细杆中超声波的传递过程进行了理论研究,根据得到频率方程解中相速度和群速度关于频率与细杆直径乘积(即fd)的关系得到频散曲线,并综合弯振共振频率公式解释了将导波线应用到椭圆超声振动中的优点,确定了导波线选用尺寸。
  (4)完成导波传输二维振动切削系统的装配以及对其振动特性参数的测试,得到实际系统的阻抗、共振频率、振动振幅以及调节两路激励不同相位差下的实际振动轨迹。利用特定的夹具将导波传输二维振动装置安装在机床上,完成实验装置系统的搭建。
  (5)将研制的导波传输二维振动切削装置进行对比试验。通过相位差的单变量试验分析不同输入激励相位差下对超声椭圆振动切削质量的影响。进行微棱镜反光阵列的普通切削与超声椭圆振动切削对比试验,借助测量工具分析在两种不同的切削方式下得到的微结构表面质量差异。
[硕士论文] 丁冰倩
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着航空航天、汽车、生物医学、机床等行业的迅速发展,非圆零件在这些领域中的应用越来越广泛。在使非圆零件成形的方法中,车削技术与其他方法相比拥有加工效率好、精度高等优点,所以该方法在工业领域中尤其是对非圆零件的加工中,是一个能满足工业需求的切削加工方法。选择超磁致伸缩执行器(GMA)启动的非圆型面精密加工刀架,解决了传统硬靠模方法的不足,较好地完成了无模体的自动控制高精度的加工。GMA驱动的车削加工系统具有结构简易严密、重复精密度高、无间隔、坚硬不易变形、传动惯性小、工作持续稳定等优点,但是由于超磁致伸缩执行器的外加驱动磁场和输出位移之间存在明显的磁滞非线性会影响系统的控制效果,为了解决这个难题,本文选择超磁致伸缩执行器车削加工系统为研究对象,对其进行了以下研究:
  (1)介绍非圆型面零件车削加工驱动方式和超磁性伸缩执行器的控制方法研究现状,并对磁滞模型进行了简单的介绍;然后依据Jiles-Atherton模型,在此基础上创建了GMA的动力学模型;再引入车削力,建立GMA驱动的车削加工系统动力学模型。使用MATLAB中的Simulink仿真工具,对所建模型进行仿真验证,通过仿真结果验证模型的可行性。
  (2)以GMA车削加工系统动力模型为控制对象,依据模糊控制原理设计了模糊PID控制器,再与一般的PID控制器进行仿真对比,验证其优越性。最后加入干扰信号,通过仿真验证了模糊PID控制器具有更好的自调整能力。
  (3)考虑到磁滞非线性的存在会使超磁致伸缩执行器系统中存在定位误差,因此针对这一问题,设计一个RBF神经网络逆控制器来作为前馈控制器,并将模糊PID控制器作为反馈控制器,两者结合,通过MATLAB仿真进行位移特性实验,最后实验结果表明本文所采用的控制方法可以有效提高超磁致伸缩执行器系统的控制精度。
[硕士论文] 张宇
机械工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着制造业的飞速发展,现代工业产品向小型化、高精度方向发展。对于硬脆性材料,超声加工技术具有效率高、精度好的技术优势,但对于硬度高且韧性强(即脆性小)的材料,超声加工效率显著降低且工具头易磨损,超声加工与电加工有机复合的超声复合电加工技术,具有复合优势,能高精、高效进行硬度高、韧性强的零件加工。但超声复合电加工过程影响参数多且变化复杂,加工过程的稳定性常难以维持,为解决这一难题,本文进行超声复合电加工过程多能量作用机理及优化控制的研究与试验。
  本文概述超声加工、电火花加工、电解加工的原理与加工特性,分析国内外超声复合电加工技术的研究现状,对其主要加工参数的检测方法与控制技术进行了探讨,并拟定参数检测、控制方案;分析超声振动参数、电加工参数、工作液等参数,定量分析其加工效率、精度的影响规律,建立复合电加工效率模型;根据加工过程参数变化特性,提出有效控制措施与策略,可在线、实时调节超声振动能量、电加工能量匹配关系,保持加工过程的持续稳定与优化,有效提高加工效率、保证加工精度。
  构建、完善超声复合电加工系统,包括:超声振动装置、电加工装置、同步斩波电源、磁悬浮工作台等;选用多种高精、高速传感器、数据存储示波器、数据采集卡、I/O接口及控制器件等,设计、构建并完善复合电加工参数检测与控制系统,对超声振幅、电加工脉冲电源输出电压、电加工极间电流等参数进行在线检测,各参数检测的模拟信号经PCI-1706U数据采集卡,转化为计算机可识别运算的数字信号;由单片机STM32控制数字电位器(替换原手动机械电位器)控制超声电源;通过控制软件及输出接口,实时控制超声振幅(数字电位器调节超声电源激励电压)、电加工电压幅值及加电阈值区间。利用Visual C++6.0开发设计超声复合电加工检测与控制系统软件,实现加工条件设置及加工参数采集、处理、显示与存储功能。
  设计、制作多种端面截形的微细工具电极,选用硬质合金YT15和YG8、玻璃钢、不锈钢等材料,利用研制完善的具有参数检测与控制功能的超声复合电加工系统,进行超声复合电加工试验研究,分析主要参数对加工效率、加工精度的影响规律。采用单一超声加工试验,进行人工调节与系统软件自适应控制调节稳定性与加工效率对比试验;进行超声复合电加工参数试验,结果表明:参数检测与控制的超声复合电加工系统工作稳定,加工精度稳定,加工效率显著提高。
[博士论文] 刘强
机械制造及其自动化 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:深孔镗削加工中,镗杆的振动是制约加工质量与效率的关键因素。由于振动的存在,易产生内孔表面缺陷(振纹、微裂纹),降低工件表面精度,缩短刀具使用寿命(易崩刃),衰减机床精度,振动严重时甚至威胁操作人员与机床设备的安全。随着科技的不断发展,深孔类零件在涉及关系国防与民生的重大领域(军工、航空航天、能源装备等)得到了广泛的应用。目前受中国制造技术水平的限制,军用关键零部件的深孔加工所使用的刀具大多为进口刀具,此种状态对中国国防安全产生极大威胁,实现深孔加工技术突破具有重大需求,而刀具振动的有效控制是实现深孔加工技术突破的关键。因此,开展深孔减振刀具原理与控制研究,对实现深孔减振加工技术突破,提升深孔加工质量与效率具有重大意义。
  对镗削加工中振动成因进行分析,揭示由于负阻尼,负刚度的存在对镗削过程的影响。建立了考虑刀具振动的镗削力模型,获得刀尖点的振动姿态与轨迹,并对镗削表面形貌进行建模,分析了加工参数与刀具角度对镗削过程的影响,提出通过动力吸振器对镗杆的振动进行控制的方法,建立了动力吸振器的动力学模型,分析了外部载荷与系统自身参数对减振性能的影响,为智能减振镗杆的设计与振动控制策略的提出提供理论基础。
  基于动力吸振理论,提出通过智能控制变刚度吸振器刚度,实现对智能减振镗杆减振性能进行调节的方法,并完成了智能减振镗杆的设计。基于所建立了的变刚度吸振器动力学模型,揭示变刚度吸振器的工作原理。在以上研究基础上,完成了智能减振镗杆动力学模型的建立和减振性能分析,发现幅倍率曲面存在减振区域与非减振区域,最终获得最优曲线与最优控制点,为智能减振镗杆控制系统提供理论最优解。
  通过对振动信号的分析,掌握在镗削加工全周期中镗杆振动的变化规律。提出振动状态评价指标,为振动状态的判断与减振控制提供阈值,实现振动状态的感知评价与减振性能反馈。提出智能减振镗杆控制策略,通过小区间遍历的方式实现智能减振镗杆实际最优解的求解,并对控制系统进行性能分析。基于BP神经网络实现振动状态辨识,并通过遗传算法优化的BP神经网络实现智能减振镗杆的智能学习,使智能减振镗杆能够快速查找与预测实际最优解,提高智能减振镗杆减振性能调节效率。在此基础上搭建智能减振镗杆控制平台,为智能减振镗杆提供控制系统。
  对所提出的智能减振镗杆的零部件动力学基础参数进行测试,确保理论模型中参数的准确性。同时,对智能减振镗杆进行静/动态性能测试及稳态激励实验,获得智能减振镗杆的静/动力学特性。在此基础上,进行镗削实验,分析切削参数对智能减振镗杆振动特性的影响,为实际加工中切削参数的选取提供指导。最后通过减振性能验证实验,验证智能减振镗杆的减振性能,此部分研究对智能减振镗杆的使用具有一定指导意义。
  以智能减振镗杆为研究对象,针对智能减振镗杆在深孔加工中的振动控制展开深入研究。提出一种集状态感知、智能控制、智能学习功能于一体的新型智能减振镗杆。对涉及镗削过程、状态感知、减振机理、减振性能调节、智能控制策略和智能学习等关键技术展开研究,研究结果对智能减振镗杆的设计和使用具有一定的指导意义和参考价值。
[硕士论文] 姬广磊
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽车内饰行业的快速发展,对汽车内饰加工设备提出了更高的技术要求和市场需求,汽车木壳挡位面板作为汽车内饰的一种重要组成部分,其需求量也在不断增加。然而我国现有的汽车木壳挡位面板加工设备多为半自动化加工设备,并且具有加工形式单一化,加工精度低,自动化程度低的特点,不能满足现有的市场需求。因此急需研制开发一种专用于汽车木壳挡位面板的专用加工设备,来满足汽车木壳挡位面板的高精度、高效率的加工需求。
  本文主要对汽车木壳挡位面板数控铣床的加工工艺、总体布局、主要技术参数和总体结构进行设计分析。分别对挡位面板加工工艺,对汽车木壳挡位面板数控曲线铣床主体进行了详细的分析设计,对铣床的切削力、切削功率以及随动压辊夹具的夹紧力进行了计算分析。设计了铣床的主机铣削系统,完成了电主轴与铣刀的选用。对数控铣床的随动压辊机构进行了工作原理设计,并对随动压辊驱动步进电机进行了详细的计算。对木壳挡位面板数控铣床的升降轴结构进行了设计分析,完成步进电机的计算选型以及滚珠丝杠副的设计和强度校核。
  在对铣床的切削力、切削功率以及对随动压辊夹具夹紧力的分析基础上完成并验证了机架结构设计的合理性以及其刚度、强度等均满足工作使用要求。还对汽车木壳挡位面板数控曲线铣边机夹具的随动压辊进行静态分析,同样验证了随动压辊结构设计的合理性以及其刚度、强度等均满足设计使用的要求。完成汽车木壳挡位面板数控铣床主机部分的模态性能的分析,得到前六阶的固有频率和振型,避免汽车木壳档位面板数控铣床在工作时发生共振变形,防止影响挡位慢板加工质量及数控铣床的寿命。
  设计汽车木壳挡位面板数控铣床的PLC控制系统,完成整机控制系统的功能描述及资源需求分析、电气原理图设计、硬件的选择及触摸屏等软件设计开发,并以挡位面板数控铣床上下料机工作过程的控制为例,进行控制系统的PLC程序设计。
  本文研发的汽车木壳挡位面板数控铣床及控制系统,满足了汽车内饰厂家对木壳挡位面板加工质量及数量的要求,为我国汽车木壳挡位面板专用加工设备的创新设计提供了新的思路和依据。
[博士论文] 刘同舜
控制科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:微铣削加工是指铣削刀具直径在一毫米以下且被加工工件的特征尺寸在一微米到一毫米之间的铣削加工方式。由于加工精度高、加工材料的多样性以及能加工复杂三维曲面等优点,微铣削已经被广泛地应用于航空航天、国防工业以及生物医学工程等领域中的微型零部件的加工。
  微铣削过程刀具磨损现象不可避免。刀具磨损必然会增加工件表面粗糙度,降低微铣削加工精度。严重的刀具磨损会引起刀具的崩刃与断裂,损坏被切削的工件和机床。相比与传统铣削,微铣削刀具尺寸急剧下降、主轴转速极大提高,微铣刀磨损十分迅速且非常难以监测。刀具磨损已经成为制约微铣削加工技术发展和应用的主要因素之一。有效的微铣削刀具磨损监测对于提高微铣削加工精度、降低加工成本有重要的意义。
  本文借助微铣削切削力模型分析微铣刀磨损对切削力的影响,从切削力中提取能够有效反映微铣刀磨损的特征,并利用隐半马尔可夫模型描述微铣削刀具磨损过程,实现微铣刀磨损状态与剩余使用寿命的在线监测。最后根据刀具磨损的监测信息,利用马尔可夫决策模型动态优化微铣削切削方式从而实现切削效益的最大化。全文的主要研究内容与创新之处如下:
  (1)提取能够判别刀具磨损且与切削条件无关的特征,实现变切削条件刀具磨损监测。从微铣削力学模型出发,分析切削参数和微铣刀磨损影响切削力的方式,进而从切削力信号中提取能够反映微铣刀磨损的特征,剔除切削参数对磨损特征的影响,提取出与切削条件无关的磨损特征。
  (2)考虑固定切削参数下刀具磨损不同状态停留时间之间的相关性,将切削条件不变的微铣削刀具磨损过程建立成停留时间相关的隐半马尔可夫模型。基于建立的隐半马尔可夫模型,提出有效的微铣削刀具磨损状态在线估计和剩余使用寿命的在线预测算法。
  (3)针对变切削条件微铣削刀具磨损过程建立切换隐半马尔可夫模型,实现变切削条件下微铣削刀具磨损和剩余使用寿命的精确在线估计。
  (4)考虑切削效益和微铣刀的成本,将微铣削刀具磨损过程建立为马尔可夫决策模型。利用马尔可夫决策模型,根据实时监测到的磨损信息动态调整切削参数使得微铣刀在其有限的使用寿命内被充分利用,实现切削效益的最大化。
[硕士论文] 李珂
机械工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:数控加工过程由NC程序驱动,NC程序的编写很容易出错,且错误率会随着加工零件复杂度和加工工艺复杂度的增加而升高,为了有效检验NC程序的正确性,引入了数控加工仿真技术,其中仿真算法是系统能够真实准确地模拟实际加工过程的关键技术。
  本文以数控车削加工为对象,在Delphi开发环境下,利用其中的GLScene控件构建了数控车削加工仿真系统。分模块建立了系统的结构模型,分析了各模块的功能,并对各模块进行了详细的设计,最后对系统的切削算法进行了研究。
  首先,针对目前数控机床种类繁多、结构复杂,对其静态建模缺乏灵活性的问题,提出了基于面向对象技术的数控机床库和刀具库的动态建模技术。根据机床和刀具的装配结构,建立对应的结构描述文件,进而动态生成具体的机床模型和刀具模型。此方法相比于静态建模具有更大的柔性,提高了仿真环境的建模能力,并且使形体模型的建立不受其结构复杂程度的影响。
  其次,针对常用零件几何建模数据量大、真实性差的缺点,选用特征建模来建立工件的模型。对零件进行特征分析,建立车削加工零件的特征库,对基本特征进行描述,并采用基于三角面片的离散建模方法表达基本特征,通过调用特征库中的基本特征组合形成零件模型,加快了零件的建模速度。
  最后,针对目前数控仿真系统仿真精度低、实时性不好的问题,本文在仿真过程中提出了基于特征建模的数控车削仿真算法。通过特征操作改变零件的特征组成,进而改变零件的形状,以此来模拟切削过程中毛坯的材料去除。避免了切削过程中复杂的布尔运算,提高了仿真精度和仿真速度。
[硕士论文] 李承宇
机械制造及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:工业机器人自从上世纪五十年代问世以后已经有了很大的发展,现如今已大量应用在装配、搬运、喷涂、包装、产品检验等生产制造过程中。由于工业机器人操作简便,易于安装,费用低廉的特点,在一些对加工精度要求不高,毛坯材质较软的环境下完全可以代替数控机床,而这就需要对机器人加工末端进行合理的位姿规划从而提高加工质量。工业机器人的多自由度决定其可以加工出复杂的曲线曲面。在曲线曲面设计上,NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline,非均匀有理B样条)是一种优秀的设计方法,目前部分数控系统可以实现NURBS插补,但针对工业机器人的NURBS插补还在研究之中。本课题基于一台重复精度为0.08mm的安川MOTOMAN-UP6工业机器人,分析了在NURBS曲面加工时的刀具轨迹规划,以及在加工过程中的姿态问题,并提出针对工业机器人的刀具半径补偿,实现了在工业机器人平台的NURBS曲线曲面插补。
  首先,对UP6机器人进行正逆运动学求解,其中主要问题是逆解的不唯一性。机器人逆解问题一般采用数值法和代数法,在实验中发现,在大多数情况下,当机器人末端姿态确定时,只有少数几个关节存在多个解,而本课题研究的是工业机器人的铣削问题,为保证机器人运行效率,要求输入最小的脉冲使机器人到达指定位置,因此采用一种能量精度最优原则来确定各个关节的逆解。
  其次,研究了NURBS曲线曲面算法,由曲面参数计算曲面上的插补点。结合工业机器人运动灵活,自由度高的特点,在加工过程中使工业机器人刀轴始终保持在曲面的法向量上,这种方法无需对模型建立刀具半径补偿,NURBS算法生成的曲面点可直接作为机器人的插补点。但在研究中发现,该方法对加工环境要求较高,如果曲面起伏较大则会导致刀具与工件发生干涉。针对此问题提出了另一种固定姿态的铣削方法,在加工开始前设置好刀轴姿态,此时就需要加入道具半径补偿,使刀刃与NURBS曲面上的点相切,从而避免产生过切。
  最后,将生成的程序导入机器人控制柜进行实际加工,由于机器人刚性不足,本实验采用尼龙PA66和松木作为毛坯材料,对不同方法下加工出的曲面进行分析,误差可以保持在0.2mm以内,进而验证了本实验中算法的有效性和实用性。在一定程度上促进了铣削技术与工业机器人技术的结合发展。
[博士论文] 李瀚洋
机械制造及其自动化 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着近年来轻工行业飞速发展,卫浴五金行业作为其一个重要分支需求量也在逐年攀升。抛光是卫浴五金产品加工制造中重要的表面加工方式,其使用柔性砂带及尼龙带通过对工件表面进行多工序微去除从而获得高质量外观的工件表面,其主要的外观评价指标为表面光泽度,用来对物体表面的光亮程度进行评价与表征。国内卫浴五金产品制造工厂大多采用手动抛光的加工方式,存在抛光质量不稳定、效率低、污染严重等问题。选取水龙头弯管这一典型零件作为研究对象,为了获得更高的生产效率和更高的抛光质量,亟待开发一种面向卫浴五金产品的成套自动化抛光装备以及基于光泽度指标的工艺指导方法。
  对于特定的入射环境,表面光泽度则主要取决于表面微观形貌。为了建立表面光泽度与表面微观形貌特征的关联,根据光反射基本原理及针对金属表面的相应修正公式,并基于针对粗糙表面的小平面微元假设对表面光泽度进行建模,实现特定表面微观形貌的光泽度的仿真预测。进一步,选取五个形貌表征参数对抛光表面微观形貌进行表征,基于线性滤波法及Johnson转换系统建立特定形貌特征参数下的表面仿真模型,在光泽度模型的基础上通过仿真分析建立表面光泽度随表面微观形貌特征的演化规律。
  进一步建立表面微观形貌与加工参数的关联,对多序砂带抛光表面的微观形貌演化过程进行了深入研究。通过磨粒表征及分布模型建立砂带表面微观形貌数字化仿真模型。基于力学分析及赫兹接触理论确立实际接触状态,对抛光过程中砂带与工件运动分析建立多序砂带抛光表面生成模型,通过仿真及实验得出多序抛光的各道工序中形貌表征参数随抛光参数的演化规律。
  基于对“光泽度与表面微观形貌”关联研究及多序砂带抛光表面的微观形貌演化过程研究的基础上,分析得到了生成高、中、低表面光泽度所对应的抛光加工条件范围。通过所建立模型联合仿真分析得到光泽度随抛光工艺参数的演化规律及多工序间的相互关联,基于理想光泽度指标对工艺进行确立,同时考虑加工节拍及效率需求提出了多约束下的多工位抛光工艺条件确立,得到多序砂带不锈钢弯管抛光的工艺参数。
  最后,为了对所建立基于理想光泽度指标的工艺进行验证,开发了不锈钢弯管多工位自动化砂带抛光装备。设计多自由度双机械手实现自动化抛光过程。通过图像处理及轨迹生成算法开发实现了弯管形状轨迹自适应生成。在保证质量的前提下对工序进行简化,通过多序抛光实验验证了抛光工艺的可靠性,最终实现了不锈钢弯管砂带抛光,并为其提供了有效的成套工艺指导方法。
[硕士论文] 马芸慧
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着微铣削技术的快速发展,整体式的复杂薄壁构件在航空航天领域得到了广泛的应用。为了达到减重,提高比强度的目的,钛合金Ti6Al4V成为薄壁加工的主要材料。然而其导热性差,弹性模量小,化学性质活泼,导致Ti6Al4V薄壁在加工过程中产生较高的切削温度,影响薄壁的表面加工质量、缩短刀具使用寿命、降低加工效率。基于以上问题,本文对微铣削Ti6Al4V薄壁铣削温度场进行研究。
  本文分析了微铣削中热源的产生及划分机理,将微铣削温度场划分为四个热源温度区,结合微切机理和热源法理论,建立了瞬时有限长移动带状热源模型,研究了四个热源影响下的微铣削热传导温度场,建立了四热源综合作用下的Ti6Al4V薄壁、微铣刀和切屑的温度解析模型,确定了微铣削温度模型参数,提出了Ti6Al4V薄壁的数值迭代求解算法,得到了薄壁温度变化曲面图。根据裂纹扩展能量理论,使用径向返回应力更新算法,对Ti6Al4V的TANH本构模型进行编程,并利用二维切削模拟对TANH本构方程的VUMAT子程序进行验证,得到了Ti6Al4V的应力应变曲线,证明了VUMAT子程序编写的正确性。利用TANH本构模型对Ti6Al4V薄壁的三维微铣削过程进行数值模拟,给出了三维微铣削条件下的Ti6Al4V应力应变曲线,得到了Ti6Al4V薄壁、微铣刀、切屑的温度场变化云图,分析了四个热源区的温度变化曲线,研究了微铣削力的变化。制定了Ti6Al4V薄壁的温度测量方案,标定了Ti6Al4V-康铜热电偶,得到了Ti6Al4V-康铜的热电特性曲线,搭建了Ti6Al4V薄壁的测温实验平台,设计了半人工热电偶法测温实验,得到了Ti6Al4V薄壁的温度变化曲线,并将理论值、模拟值和实验值进行了对比分析,证明了微铣削温度理论模型的正确性。
[博士论文] 李荣义
机械制造及其自动化 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着消费者对汽车性能与个性化要求的不断提高,汽车生产厂商需要不断更新汽车外观,汽车覆盖件模具的设计、制造时间约占整个汽车研发周期的2/3。为了保证汽车覆盖件高品质生产,如何提高模具耐用度和加工精确度显得尤为重要。本文针对汽车覆盖件模具生产过程中遇到的实际问题,将提高加工精度与生产效率作为研究目标,通过构建复杂型面加工铣削力预测模型,分析加工过程稳定性、加工系统综合刚度场分布规律,结合在线测量技术完成对加工误差的预测与补偿,进而指导汽车覆盖件模具加工过程中加工参数的优选与加工路径的合理规划,其具体研究内容包括:
  (1)针对模具型面铣削载荷不平稳的问题,基于机械模型法对球头铣刀曲面铣削过程中刀具与工件切削空间接触情况进行描述,总结了型面曲率变化对刀具—工件切削接触轴、径向浸没角的影响规律,完成对瞬时切削厚度、切削宽度模型的修正。综合考虑型面曲率、刀具几何尺寸、加工参数等多因素的影响,构建模具型面瞬时铣削力预测模型,该模型在曲率变化较大的型面区域仍可保证较高的预测精度。运用分形维数铣削力数据及对应加工区域的表面粗糙度值的非线性特征进行评价,为控制模具型面铣削加工载荷变化趋势、提高加工精度提供理论基础。
  (2)针对模具曲面铣削加工过程中出现切削颤振的问题,综合考虑模具曲面曲率、刀具倾角等对动态未变形切削厚度的影响,建立动力学方程。提出一种将全离散法与动、静态切削厚度的比值作为铣削加工稳定性判定阈值的方法。
  以淬硬钢模具曲面铣削加工振动信号为研究对象,基于相平面法、Poincare截面图和频谱分析了不同加工参数时的振动信号,以此确定不同参数下铣削过程是否发生颤振,对所提出的方法进行验证。通过汽车覆盖件模具铣削加工实验与稳定性预测对比发现,稳定性边界自身具有不确定性,且所提出的铣削稳定性预测方法有较高的预测精度。
  (3)针对加工系统综合刚度性能对加工质量影响,结合模具曲面特征设置相应的采样点,提出一种基于多体小变形理论的加工系统综合刚度场预测模型,并引入力椭球进行刚度性能分析。在刀具不同的空间姿态下,通过力椭球分析加工系统中机床横梁、刀具-主轴结合部、铣削刀具、模具曲面等对加工系统刚度性能有影响的关键部分,研究发现更换刚度性能更好的刀具、尽量使四轴机床上刀具的进给方向与模具曲面的法线相垂直是提高加工系统综合刚度性能的有效手段,这为提高模具型面加工精度和加工效率提供了理论指导。
  (4)提出了一种基于曲面自适应采样的NURBS曲面重构方法,并通过在线测量技术对被加工型面的法向加工误差进行计算。该方法基于高斯曲率弯曲模型的自适应采样法可以准确的反应曲面的弯曲程度,在模具型面曲率变化较大的区域布置较为密集的采样点面,在保证检测精度的前提下,该方法可大幅提高检测效率。
  (5)构建了模具型面加工系统加工误差模型,该模型综合考虑了刀具轴偏心、刀具系统变形、型面曲率、切削振动等因素对加工误差影响,此模型对汽车前盖板模具型面加工误差的预测具有较高的精度。在充分考虑了铣削加工系统综合刚度场、铣削加工稳定域等对加工误差影响的前提下,基于该模型的预测结果进行离线加工误差补偿可有效控制加工误差。
[博士论文] 叶林征
机械设计及理论 中北大学 2018(学位年度)
摘要:功率超声珩磨是一种超声辅助精密加工方法,依靠油石的运动达到去除材料及改变表面微观形貌的效果,加工过程中,由于超声波的传入磨削液中会产生空化效应,大量的空化泡产生并溃灭,空泡溃灭过程中会产生微射流、冲击波、声致发光等复杂的次级效应,会对材料表面产生不容忽视的影响,尤其是空泡溃灭微射流的冲击作用。目前为止国内外学者对空化观测、空泡动力学分析及空蚀试验分析等方面进行了大量的工作,相关理论体系已初步建立,但空化效应产生的次级效应还需深入的机理研究,并且功率超声珩磨等超声辅助加工中的空化研究还明显不足。因此,本文提出超声珩磨环境中空泡溃灭微射流冲击特性的研究,首先探究了超声珩磨微观磨削机理及磨削区内的空化效应,然后利用超声空化理论、流体力学、冲击动力学、材料力学、超声学等多学科的基本理论,重点探究了空泡溃灭微射流对材料的冲击作用以及此过程中液、固区域的行为变化,最后进行相关的试验分析及论证,主要工作包含以下几方面:
  (1)研究了超声珩磨微观磨削机理。考虑了超声珩磨微观加工过程中材料的尺度效应并采用了基于细观机制的应变梯度塑性理论,建立了单油石磨削力模型及比磨削能模型,发现考虑尺度效应时磨削力明显增大且珩磨深度对磨削力的影响最大;珩磨深度低至某一阈值(约1.4μm)后,随珩磨深度的继续减小,磨削力呈现非线性增大的趋势;当珩磨深度低于4.4μm继续降低时,比磨削能也会非线性增大。
  (2)探究了考虑热效应情况下磨削区单空泡特性的变化及珩磨因素对空泡特性的影响。结合空泡动力学理论,分别考虑了煤油蒸气的冷凝与蒸发、超声珩磨压力及珩磨头速度,构建了超声珩磨磨削区单空化泡的动力学模型,并利用Matlab软件仿真了空泡半径、泡内温度、泡内压强及泡内煤油蒸气分子数的动态演变规律;结果表明,在超声振动珩磨条件下,空化泡泡径受到较大抑制,但运动变化频率却加快,泡内压强与泡内温度的最小值较大,同时泡内煤油蒸气分子数较少;通过研究超声珩磨因素对空化泡运动过程的作用,发现珩磨压力有较大影响,而珩磨头的回转速度具有较小影响,往复速度几乎没有影响。
  (3)建立了空泡溃灭微射流冲击壁面的三维流固耦合模型。针对空泡溃灭微射流冲击壁面这一物理现象,分别对水锤压力和滞止压力进行了简单数学计算,结果表明声压及珩磨压力对微射流冲击壁面过程的影响很小,可以忽略;微射流的冲击会使材料壁面产生高达104-106s-1量级的应变率,所以选用了考虑应变率效应的J-C本构模型;随后依据流体力学、固体力学及冲击动力学,分别建立了微射流冲击壁面的一维和三维流固耦合数学模型。
  (4)探讨了微射流冲击过程中固体区域及液体区域的行为变化。通过耦合欧拉拉格朗日方法分析了不同微射流冲击条件下的壁面行为变化:空泡溃灭微射流垂直冲击时,壁面出现微型凹坑,壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘,壁面塑性变形主要发生在冲击前期,等效应变呈环形分布;壁面压强随微射流冲击速度的增大而增大,凹坑深度由微射流速度和微射流直径共同决定且随其增大而增大,凹坑直径主要与微射流直径正相关且dp/dj≈0.95-1.2,而凹坑径深比则主要与微射流速度负相关且其比值约为15-80;微射流斜冲击时,微射流背侧的侧向射流速度较前侧低,且微射流背侧压强、凹坑深度、等效应变均大于前侧;随冲击角度的增大,壁面压强、凹坑深度及等效应变均先略有增大随后减小,特别是冲击角度为15°的微射流冲击效应最强。通过光滑粒子流体动力学耦合有限元法分析了微射流冲击过程中液体区域的行为变化:微射流冲击过程中形成的侧向射流速度高于微射流冲击速度,在本文所选数据下最高可达冲击速度的1.6倍,冲击中后期微射流中部粒子反向运动向上凸起。
  (5)进行了超声珩磨空化观测试验、空泡溃灭微射流冲击试验反演分析及超声珩磨空化正交试验。观察到超声珩磨油石周围液体中产生了明显的空化现象;应用基于球形压痕理论的反演分析方法对微射流冲击作用下材料表面的微型凹坑进行了逆向推理,表明凹坑等效应变、等效应力、微射流冲击强度及速度均与凹坑径深比密切相关,在16-68的径深比下,微射流冲击强度约为420-500MPa,对应的微射流速度约为310-370m/s;通过超声珩磨空化正交试验,分析了距离、超声振幅、试验时间三个因素对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度的影响:距离和振幅两试验因素对凹坑最大直径及单空化溃灭强度影响明显,且距离影响更大,即距离越小、振幅越大,凹坑最大直径越大;试验时间对表面侵蚀率的影响最为显著,其次是距离,且试验时间越长、距离越近,材料表面受侵蚀程度越大、整体空化强度越强;振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5mm、振幅65%、试验时间1/3min条件下,试样表面粗糙度有所降低,表面质量略有提高,因此,在控制一定条件下,空化效应有助于工件表面质量的改善。
[硕士论文] 万文波
机械工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:在机械制造领域,刀具的切削状态直接影响到加工质量与效率,因此刀具状态监测的意义至关重要。在柔性制造(FMS)、计算机集成制造(CIMS)生产线中,监测设备常以功率阈值的方式判断刀具加工状态。在实际加工中,如切削参数发生改变,则需要对各工序重新设定阈值参数,且无法适用于变切削加工过程。传统刀具状态监控中常用的主轴功率阈值比较法存在功率反馈时滞,不能很好地适应切削过程多变的工况。本文是以浙江大学飞机数字化装配技术团队的翼盒数字化装配系统为背景,针对目前项目采用的刀具状态监测设备存在的问题,提出了改进后的监测方法与改进措施。利用实时采集的主轴转速、进给速度以及电主轴的功率、电流和扭矩信号的作为系统输入,经信号预处理和特征参数的提取,建立切削参数与加工功率之间的模型,以此实现刀具状态监测、自动退刀换刀及刀具库管理等功能。利用SINUMERIK Operate Package对西门子840Dsl数控系统进行二次开发,完成了刀具状态监测系统(TCMS)的系统的设计。
  本文开展的研究工作如下:
  (1)系统的研究了目前刀具状态监测主要采用的信号,分析了功率、切削力、振动、声发射(AE)信号之间优缺点。同时也研究了本项目中采用的刀具监测设备的基本监测原理,在此基础上提出了本文的研究内容和目标。
  (2)分析了基于制孔末端执行器制孔锪窝的切削加工过程及其工艺特点,针对目前采用的刀具状态监测TMAC自适应控制器在监测过程中出现的功率反馈时滞和误报警的问题,提出了具体的解决方案并进行试验和设计。
  (3)本文在功率阈值法的基础之上,利用自适应神经模糊系统(ANFIS)与支持向量回归(SVR)建立功率与加工参数之间的模型,实时计算标准切削功率并与实际切削功率进行同步对比分析,从而判断刀具加工状态并执行换刀策略。
  (4)利用了SINUMERIK Operate Package中的API组件进行刀具状态监测系统的开发,以Visual Studio2008和Qt类库为开发环境,实现了刀具在线监测、过载保护、自动退刀换刀及刀具库管理等功能。同时借助MATLAB的COM组件,以及LIBSVM进行数据处理,完成了刀具状态监测系统(TCMS)的研发及HMI设计,最终将其集成于数控系统并应用于实际生产项目中。
[硕士论文] 陈敢
机械制造及其自动化 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:数控转塔冲床之所以深受用户的青睐,是由于冲床加工效率高、生产柔性化好、冲切精度高等优点,但随着企业生产的需要,现在的冲床正朝向高速、大功率、高精度、大吨位方向发展,与此同时带来的振动问题也就更加突出。本文以HPI-3048高速数控转塔冲床为研究对象,通过试验与数值分析相结合的方法对高速数控转塔冲床动态特性进行研究,以改善冲床动力学性能。
  本文首先分析了国内外冲床结构的动态特性和动态优化设计两方面的发展状况,然后从机身和送料系统横梁两个方面对冲床进行动力学分析与结构改进,以实现控制冲床振动、提高冲裁精度、改善冲床动态响应能力的目的。
  本文主要研究内容如下:
  1、为了较全面的了解数控转塔冲床在工作时的振动情况,利用振动测试系统,将加速度传感器和位移传感器安装在预先布置好的测点位置,测出冲床实际加速度和位移大小。并利用信号处理技术,对振动信号进行时域、频域分析,通过对振动信号的处理识别,了解冲床实际振动情况,为下文验证有限元分析的可靠性提供试验数据。
  2、建立HPI-3048高速冲床有限元模型,对冲床进行动态静力、模态分析,得到了冲床在惯性载荷以及冲击载荷作用下的应力、变形情况以及冲床的前六阶固有频率和相应的振型,并通过试验验证了冲床动力学模型的准确性。
  3、运用ANSYSWorkbench对数控转塔冲床进行整体建模,然后进行瞬态动力学分析,分析冲床在铆压、拉伸、冲裁三种典型工况下的瞬态响应情况,得到了冲床在冲裁工况下振动最大,并结合试验结果,修正了计算模型,为控制冲床振动提供了依据。
  4、首先,基于振源主动隔振技术对冲头加载曲线进行优化设计,得到了振动较小的冲裁曲线;然后,基于瞬态动力学分析在冲床高应力区域嵌入合适的阻尼材料,并且在冲头周围等振动较大的关键部位粘贴吸振材料;最后,根据动态静力、模态分析结果,改进冲床结构,并且根据振型合理布置筋板位置,达到减少振动的效果。
  5、首先利用吉村允孝积分法对滑块导轨结合部进行参数识别,然后应用ANSYSWorkbench软件对高速数控转塔冲床横梁进行动力响应分析和模态分析,获得了横梁在惯性力作用下的动变形。在此基础上,提出改进横梁结构方案,达到改善横梁动力学性能的目的。
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