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第18届全国特种加工学术会议

作者：徐凌羿赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

电火花线切割加工有着"以柔克刚"的加工特点,尤其针对难切削材料,有着独特的优势,因此在模具加工领域和航天航空制造领域有着广泛的应用。但线切割放电位置在空间分布上存在一定的不均匀性,而均匀分散并且随机分布的放电位置... 详细信息

电火花线切割加工有着"以柔克刚"的加工特点,尤其针对难切削材料,有着独特的优势,因此在模具加工领域和航天航空制造领域有着广泛的应用。但线切割放电位置在空间分布上存在一定的不均匀性,而均匀分散并且随机分布的放电位置是正常并良好的加工状态的标志。因此,如何有效检测进而成功控制线切割加工过程中的放电位置,是提高其加工精度、可靠性、效率的关键之一。借鉴放电位置检测的电流差法,针对往复走丝线切割加工系统的特点,通过对放电回路的分析,开展了适用于往复走丝线切割加工放电位置检测的电流差分归一法的研究,推导并建立了线切割上下导电块电流差分归一化信号与放电点位置之间的理论模型,并通过放电位置检测实验验证了该理论模型的正确性和方法的有效性。将长180mm、厚2mm的薄板工件倾斜45°装夹在工作台上,采用脉宽40μs、脉间160μs、峰值电流32A的电参数进行切割实验。在沿着X轴负向切割斜板工件的过程中,随着工件的移动,放电位置会在电极丝上沿着钼丝垂直向下移动。通过电流互感器分别实时测量流过放电位置上方和下方钼丝的电流i1和i2。将测量所得的电流信号引入到数字存储示波器中进行数据采集,得到随加工过程不断变化的电流信号量。放电加工一开始示波器通道2的电流要大于通道1电流,差值为75mA左右;而当加工快结束时,通道2的电流要小于通道1的电流了,差值为200mA左右。将上述采集到的电流输出数据平均后计算当前放电位置时的电流差分归一量λ,并根据机床参数和电阻定律推出理论公式。以计算所得的λ值为横轴,放电位置比例z为纵轴,可得实际数据与理论数据的对比。结果表明整体趋势和斜率都比较符合,但存在一定的偏移量。这可能是由于接触电阻或其他原因导致R1和R2之间存在一个与其钼丝长度无关的差值。该偏移量可以在后续处理中通过修正补偿掉,从而利用电流差分归一量来较为准确地计算得到放电位置。运用该方法,对于固定的机床硬件,通过测量机床上下导电块之间的钼丝长度和工件的垂直方向位置,就可计算出固定的公式用于将电流差分归一信号转化为放电相对位置。且理论上这一公式不受电极材料和放电参数的影响。

关键词：线切割加工放电位置检测

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激光喷丸强化工艺参数对塑性应变分布的影响研究

激光喷丸强化工艺参数对塑性应变分布的影响研究

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第18届全国特种加工学术会议

作者：杨若愚胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

激光喷丸是一种有效的金属表面强化技术,可以提高工件的疲劳寿命,在航空工业中得到广泛应用。但是,激光喷丸在强化的同时总是伴随着变形的问题,容易使薄壁叶片产生扭曲变形,进而影响航空发动机的整体性能和服役寿命。数值仿真方法中的... 详细信息

激光喷丸是一种有效的金属表面强化技术,可以提高工件的疲劳寿命,在航空工业中得到广泛应用。但是,激光喷丸在强化的同时总是伴随着变形的问题,容易使薄壁叶片产生扭曲变形,进而影响航空发动机的整体性能和服役寿命。数值仿真方法中的塑性应变分布是一种有效的中间变量可以用来预测变形,但是现有的高斯函数拟合方法只是对仿真得到的塑性应变分布进行优化,而没有建立起分布函数跟工艺参数之间的对应关系。通过数值仿真,初步建立了工艺参数对塑性应变分布影响的函数关系,为后续的变形特征预测打下基础。首先通过对单点激光喷丸的动态仿真,分析其塑性应变场,发现激光喷丸在光斑边界处产生的塑性应变最大,并且不同光斑尺寸所产生的边界塑性应变分布基本一致,从而在单位喷丸面积内的塑性应变产生差异。接着得到在无限单元网格模型中,光斑尺寸越小,塑性应变峰值越大,而塑性层深越浅,并且不同光斑尺寸所产生的塑性应变曲线与横轴的面积基本相等,该规律与高斯分布高度一致,从而建立起高斯分布形式的包含光斑尺寸影响的塑性应变分布函数ε(z),即深度z对应随机变量x,光斑直径(9/6)对应标准差σ,塑性应变ε(z)对应概率f(x)。然后,提取不同的压力载荷下的塑性应变分布,发现压力载荷越大,表层塑性应变和塑性层深都会增大。可以将峰值压力载荷超过HEL弹性极限的部分作为材料的能量输入的度量,并且将其拆分为影响塑性应变峰值与塑性层深的两部分,成功地把压力载荷也作为一个独立变量引入塑性应变分布函数中,最终得到的拟合函数。结果表明:塑性应变分布函数ε(z)能够较好地吻合光斑直径为1.6、2.0、2.4mm,峰值压力为2.7、3.24、3.78GPa情况下的9条塑性应变分布曲线。并且得到压力载荷一定,光斑尺寸越小,表层平均塑性应变越大,塑性层越浅;光斑尺寸一定,压力载荷越大,表层平均塑性应变越大,塑性层越深;对于光斑尺寸继续减小和增大的情况,由于会引入新的因素,暂时不能用现有的函数进行拟合。

关键词：激光喷丸塑性应变分布工艺参数变形控制

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基于支持向量回归的电弧加工电极损耗预测

基于支持向量回归的电弧加工电极损耗预测

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第18届全国特种加工学术会议

作者：何国健顾琳董海洪赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

近年来,电弧加工技术应用于难切削加工材料高效去除方面的研究取得了长足进展。相比于电火花加工,电弧加工具有更高的能量密度及电热转换效率,可以极大地提高材料去除率。同时,和电火花加工一样,除工件的材料去除率之外,相对电极损耗率... 详细信息

近年来,电弧加工技术应用于难切削加工材料高效去除方面的研究取得了长足进展。相比于电火花加工,电弧加工具有更高的能量密度及电热转换效率,可以极大地提高材料去除率。同时,和电火花加工一样,除工件的材料去除率之外,相对电极损耗率也是评价电弧加工性能的一个重要指标。电弧加工过程中,电极会逐渐损耗,若不针对所加工的几何特征采取相应的电极损耗补偿策略,会出现加工完成后尺寸精度差、加工余量不均匀的问题;电极损耗现象也会造成加工中存在大量非放电空走刀时间,影响加工效率。目前,电弧加工的高效性已得到广泛证实,为进一步提高该技术的成熟度,加工的尺寸精度的提升已成为目前急需解决的问题。由于电极损耗对工件尺寸精度有至关重要的影响,因此将对电弧加工中电极损耗问题进行研究,为保证电弧加工过程的连续性,采用离线预测方法确定电极损耗量。该问题属于典型的非线性回归预测问题,使用机器学习方法是解决此类问题的有效手段。机器学习方法中的支持向量机算法以统计学理论为基础,最优解基于有限的样本信息,因而特别适合小样本的分类预测。支持向量回归是支持向量机用于回归预测问题的扩展,同样适用于小样本、非线性、高维度的预测问题。将利用支持向量回归算法构建电弧加工电极损耗预测模型。该模型以径向基作为核函数,选择电源参数峰值电流、脉冲宽度及脉冲间隔为输入特征,相对电极损耗率作为输出参数,模型中需要通过训练优化的参数包括惩罚因子、核参数、不敏感损失函数ε。设计了三因子四水平L16正交实验用于获取模型训练及测试的数据样本集。训练过程中,进行三折交叉验证,并使用具有全局优化能力的网格搜索算法对模型中的参数进行优化。利用机器学习库Scikit-Learn构建了最终的预测模型,训练优化得到的模型相关参数分别为C=91.525,γ=0.062,ε=0.010。经测试集测试,所建立的模型最大误差为6.472%,平均预测误差为4.643%,达到较高的预测精度。最后,进行了未施加补偿及使用该模型进行预测并补偿的单道槽加工对比实验,实验结果证明使用该预测模型能够取得良好的补偿效果,进一步验证了该模型可作为电弧加工中电极损耗预测的有效手段。

关键词：电弧加工损耗预测支持向量回归

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小孔电火花加工穿透检测中几种机器学习算法的性能比较

小孔电火花加工穿透检测中几种机器学习算法的性能比较

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第18届全国特种加工学术会议

作者：王健夏蔚文奚学程张亚欧赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

小孔电火花高速加工技术具有加工效率高、加工高深径比范围宽、加工效果与材料强度、硬度等机械性能无关等特点,被广泛应用于涡轮叶片气膜冷却孔的加工。然而在加工通孔时,如不能准确判断穿透瞬间并及时调整加工策略,将会造成孔未加工... 详细信息

小孔电火花高速加工技术具有加工效率高、加工高深径比范围宽、加工效果与材料强度、硬度等机械性能无关等特点,被广泛应用于涡轮叶片气膜冷却孔的加工。然而在加工通孔时,如不能准确判断穿透瞬间并及时调整加工策略,将会造成孔未加工完全进而导致气膜冷却效率降低或者过加工造成叶片内部复杂流道损伤甚至报废。因此,穿透检测对于涡轮叶片气膜冷却孔电火花小孔加工至关重要。传统的基于频域和时域的穿透检测方法难以应对电火花加工过程中的各种随机因素,为了得到稳定性和准确性更好的穿透检测方法,应综合考虑放电状态、加工条件和电极运动,根据实时加工参数判断是否穿透。选取脉冲宽度、脉冲间隔、间隙平均电流和电极进给速率等作为加工状态的特征量,分类的输出为是否穿透。而是否穿透可以看成典型的加工状态的二分类问题,适合采用机器学习方法进行处理。不同的机器学习方法及其参数的选择对穿透检测的准确性、稳定性和实时性影响较大。选取AdaBoost、支持向量机、KNN和对数几率回归等四种机器学习算法,使用经滑动平均滤波、归一化、添加标签后的特征量数据进行离线训练和模型参数寻优得到穿透检测模型,交叉验证各模型在训练集和测试集上的正确率并测试各模型对于单个采样点判别所需时间,最后在在线测试各模型在实际加工中的穿透检测性能。通过对比,基于支持向量机构建的穿透检测模型对于单个样本点的判别时间最长,约为0.098ms,而基于AdaBoost构建的模型判别时间最短,约为0.032ms,均满足实时性要求;基于AdaBoost、支持向量机和KNN构建的穿透检测模型交叉验证正确率均在92%以上,基于对数几率回归的算法交叉验证正确率低于83%,不适于在实际加工中使用,因此在线实际加工测试将基于AdaBoost、支持向量机和KNN对应的模型进行。在线检测结果表明,在使用不同加工参数进行正常加工条件下,基于AdaBoost和KNN构建的穿透检测模型出现误判,而基于径向基核支持向量机构建的穿透检测模型未出现误判。因此对比的几种算法中,支持向量机在本实验范围内表现最佳。

关键词：小孔电火花高速加工穿透检测机器学习算法

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往复走丝线切割多次切割加工工艺预测模型的比较研究

往复走丝线切割多次切割加工工艺预测模型的比较研究

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第18届全国特种加工学术会议

作者：谷文婷沈桂旭张瑞雪王俊阳赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

我国自主创造出的往复走丝线切割机,凭借其结构简单、加工高效的优势在国内迅速发展,然而由于电极丝的抖动和损耗,其单次切割的加工效果往往达不到工艺要求。为了兼顾往复走丝电火花线切割加工(WEDM)的表面质量和加工效率,多次切割工艺... 详细信息

我国自主创造出的往复走丝线切割机,凭借其结构简单、加工高效的优势在国内迅速发展,然而由于电极丝的抖动和损耗,其单次切割的加工效果往往达不到工艺要求。为了兼顾往复走丝电火花线切割加工(WEDM)的表面质量和加工效率,多次切割工艺已经被广泛采用。线切割加工的工艺指标有切割速度、加工精度、表面粗糙度、电极损耗等。影响线切割工艺效果的电参数有每次切割的脉冲宽度、脉冲峰值电流、脉冲间隔比以及伺服跟踪间隙等,众多影响因素相互影响、制约,这对工艺参数的选取以及工艺效果的预测带来较大的困难。因此,构建基于更少的实验量、预测结果更加准确的加工效果预测模型具有深远的应用价值和科学意义。基于DOE方法,在具备数控功能的HF320MZQ的往复走丝线切割机床上对Cr12MoV模具钢进行多次切割,开展26-1部分析因实验,确定出对切割速度MRR、表面粗糙度Ra两项加工指标的影响显著的四项因子。分别选取显著影响因子的高、中、低三个水平,并据此开展34全因子实验,获得了可用于加工预测模型构建的81组典型工艺数据。以该典型工艺数据作为模型训练的样本数据,分别基于五种具体形式的传统回归分析方法、RBF神经网络回归分析方法和SVR分析方法构建出对应的三类加工预测模型。对五种传统回归分析模型进行评价,选择出最优传统回归模型为交叉二次多项式回归模型,对RBF神经网络模型、SVR模型分别采用模型均方误差对比、核参数选优的方式进行模型优化。为了在优化后的三类加工预测模型中选择出工艺效果预测准确度最高的模型,在未用于预测模型构建的加工参数组合中选取离散程度较高的五组工艺参数组合开展模型选优实验。通过对以上三类模型的预测值相较于加工实际值的误差进行分析比较,最终选择出最优模型为SVR加工预测模型,其在两项加工指标的偏差均值和偏差标准差上均具有较好表现。在本实验范围内,该模型具有最佳的泛化能力,可在此基础上对WEDM多次切割进行工艺数据库的建立和加工工艺的规划,所采用的典型工艺数据的获取方法、加工预测模型的构建方法等研究方法对类似的工程应用也具有一定的参考价值。

关键词：往复走丝线切割加工多次切割加工预测模型回归分析 RBF神经网络支持向量回归(SVR)

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基于单脉冲识别的电火花线切割模糊控制伺服策略

基于单脉冲识别的电火花线切割模糊控制伺服策略

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第18届全国特种加工学术会议

作者：褚皓宇李子伦奚学程张亚欧赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

随着制造工艺水平和数控技术的不断发展,对电火花线切割加工效率和稳定性的要求也在逐渐提高。针对电火花线切割加工中速度不稳定、效率低下的关键性问题展开研究。首先设计了基于PSoC的电火花线切割单脉冲识别电路,核心检测元器件选用... 详细信息

随着制造工艺水平和数控技术的不断发展,对电火花线切割加工效率和稳定性的要求也在逐渐提高。针对电火花线切割加工中速度不稳定、效率低下的关键性问题展开研究。首先设计了基于PSoC的电火花线切割单脉冲识别电路,核心检测元器件选用迟滞比较器TP196110,该元件通过外部电阻、输入参考电压以及外部电压计算上升沿及下降沿的触发阈值,同时采用电压、电流双信号可调阈值判定的方法,对极间单个脉冲进行逐一判别,将加工中的脉冲分为正常、短路、空载三种状态。在宝玛BM400C-C电火花线切割机床上进行单脉冲识别验证,与极间实际脉冲对比,检查单脉冲判别的准确性以及单位时间内的脉冲识别总数,准确率超过98.9%。在数控系统的下位机端设计了基于嵌入式平台的"双输入-单输出"模糊控制器,采用智能控制理论中的模糊控制方法对伺服速度进行实时控制。选择单位时间内的短路脉冲数与空载脉冲数作为模糊控制器的输入参数,伺服进给速度作为模糊控制器的输出参数;输入、输出变量均选用三角形隶属度函数;根据加工经验及实验测试效果,确定模糊控制规则共25条,并采用"If A and B then C"语句来进行描述。单脉冲识别电路统计单位时间内的三种脉冲数后,通过CAN总线的方式发送给数控系统下位机,下位机通过中断机制定时调用模糊控制函数,根据脉冲统计数据计算获得单位时间内的伺服速度,从而实现电火花线切割加工中伺服速度的在线调节。选用苏州宝玛BM400C-C电火花线切割机床,搭配苏州迈科全机电有限公司开发的电火花线切割中走丝控制器进行实验验证,分别在10mm工件上切割5mm的正方形,以及在40mm的工件上切割5mm的线段,与数控系统自带的伺服控制模块进行对比,记录切割过程中的速度变化及切割时间。通过实验数据对比,在切割10mm和40mm工件的过程中,采用单脉冲识别结合模糊控制的方法,切割时间更短,用时分别减少12s、32s;切割速度更快,平均速度分别提升1.11%及8.96%;速度波动率下降0.75%、0.3%;速度极差低于原方法的50%,可见在加工效率、速度稳定性上都有较为明显的性能改善,证明该方法可以应用于电火花线切割的伺服控制中。

关键词：电火花线切割加工单脉冲精确识别模糊控制伺服控制

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复杂型面激光喷丸成形毛坯展开方法

复杂型面激光喷丸成形毛坯展开方法

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第18届全国特种加工学术会议

作者：江剑成胡永祥姚振强上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

激光喷丸成形是大型壁板成形工艺的重要发展方向,大型壁板设计通常直接给出最终的目标形状,目标壁板的成形精度一方面取决于激光喷丸成形的工艺规划,同时也与初始毛坯的精度有关。在激光喷丸成形工艺中,获得精确毛坯形状过程的本质是结... 详细信息

激光喷丸成形是大型壁板成形工艺的重要发展方向,大型壁板设计通常直接给出最终的目标形状,目标壁板的成形精度一方面取决于激光喷丸成形的工艺规划,同时也与初始毛坯的精度有关。在激光喷丸成形工艺中,获得精确毛坯形状过程的本质是结合激光喷丸的成形机理,对空间复杂曲面进行展平,目前已有的展平方法主要包括几何展平法和力学展平法,几何展平法完全基于曲面的几何特征结合相应的几何原则进行展平,很难反映出激光喷丸成形中的力学过程;而力学展平法都基于简单的弹簧质子模型,采用不同的优化算法使展平前后系统的总变形能最小,两者都没有考虑激光喷丸成形过程中的变形机制,直接使用几何展平法或力学展平法展平,获得的毛坯形状误差较大。基于激光喷丸的变形机制,提出一套适用于激光喷丸成形工艺的成形件展平方法,对成形件的展平操作位于材料的中性层上。整套展平方法需要结合喷丸成形优化算法,获取目标件上的喷丸区域和未喷丸区域,将目标件离散成三角形单元的曲面网格,对喷丸区域和未喷丸区域进行分割,采用不同的方法分别展平两部分。在未喷丸区域,由于没有引入固有应变,因而认为这一部分只存在纯弯曲变形,所以采用三角形单元等面积展开的方法,对该部分进行展平;而在喷丸区域,引入了均匀的固有应变,经过理论分析和计算,推导出喷丸区域在成形前后,x和y方向上的变形基本均匀,所有单元在变形前后的面积变化均匀,在喷丸条件不变的情况下,两个方向分别具有固定的变形率。在不同变形率条件下进行展平,结合有限元理论求解喷丸区域每个单元的固有应变,认为当固有应变分布最均匀时对应的变形率为喷丸区域的实际变形率,采用求解出的变形率对喷丸区域进行等变形率展平,再与未喷丸区域得到的展平面缝合,获得最终的毛坯形状。该套展平方法适用于激光喷丸成形的毛坯获取,经过有限元仿真验证,该方法获得的毛坯精度明显高于传统的展平方法,也有进一步优化的空间。

关键词：曲面展平激光喷丸变形机制大型壁板

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基于数字采样PID控制的线切割伺服跟踪系统

基于数字采样PID控制的线切割伺服跟踪系统

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第18届全国特种加工学术会议

作者：李子伦奚学程褚皓宇马洁宇赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

电火花线切割是一种常用的电加工方法,广泛应用于模具制造、航空航天等领域。传统的高速往复走丝电火花线切割机床的加工效率、表面质量等已无法满足日益发展的制造需求,改进型的往复走丝线切割加工机床(俗称中走丝线切割)引入了以往单... 详细信息

电火花线切割是一种常用的电加工方法,广泛应用于模具制造、航空航天等领域。传统的高速往复走丝电火花线切割机床的加工效率、表面质量等已无法满足日益发展的制造需求,改进型的往复走丝线切割加工机床(俗称中走丝线切割)引入了以往单向走丝线切割机床才具备的功能,大幅度提高了加工精度、效率和表面质量。而伺服跟踪系统的性能,对加工效率和加工质量有着十分重要的影响。电火花线切割加工放电间隙伺服控制的作用是将平均放电间隙保持为一个合适的数值,从而使电极进给速度与材料蚀除速度相匹配。传统的硬件VF转换电路难以应对不同厚度或者不同工况的加工条件,导致伺服进给调整不合适,容易出现偏空载或者偏短路,影响加工效果,因此对电火花线切割的伺服过程进行有效的控制,将对加工效率和自动化程度有很大的提升。首先根据极间的物理特性,认为放电脉冲击穿稳定放电之后,极间维持放电的平均电压基本保持不变,在间隙脉宽平均电压的基础上,利用高速AD数字采样,去除脉间零电压影响,获得脉宽期间的平均电压值,确定为伺服跟踪的参考输入量,然后将数字采样结果经过处理送入控制系统。针对电火花加工过程随机性较强的特点,针对电火花线切割伺服控制系统采用非线性控制系统和PID调节控制共同作用的方式。非线性控制系统使用经验曲线进行控制,该子系统响应频率高,针对于实时的极间状态,计算出当前周期的跟踪速度,控制进给频率。PID调节系统采用PID算法进行调节,目标参考值采用间隙放电维持电压,当采集到的间隙放电电压偏离目标值时,按照PID控制规则进行调节,控制非线性控制系统的基准频率,以便适应不同的加工工况或者工件厚度。为验证伺服控制系统效果,首先对控制系统进行了仿真分析,从仿真结果可以看出,伺服控制系统可以在一定时间内,将输出稳定在目标参考值附近,且无超调,避免系统的振荡调节。接着进行了加工变厚度工件的对比实验,使用相同参数加工0-100mm厚的变厚度工件,获取了极间放电波形和加工过程实验数据,观察了实际的加工状态。实验结果表明:在正常加工情况下,该方法能够在变厚度等条件下自动调节跟踪速度,相较于传统VF转换的方法,加工更加稳定,加工效率更高。

关键词：跟踪间隙状态 PID 线切割加工

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五轴小孔电火花高速加工机床运动学反解

五轴小孔电火花高速加工机床运动学反解

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第18届全国特种加工学术会议

作者：张敏秦岭奚学程张亚欧赵万生上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔、燃烧室壁板气膜冷却孔、玻璃瓶模具出气孔等众多具有不同空间位姿的小孔需要采用小孔高速电火花加工方法进行加工。由于孔的数量多,且位姿变化大,采用普通三轴机床配合工装夹具的方式已经无法满足加工需... 详细信息

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔、燃烧室壁板气膜冷却孔、玻璃瓶模具出气孔等众多具有不同空间位姿的小孔需要采用小孔高速电火花加工方法进行加工。由于孔的数量多,且位姿变化大,采用普通三轴机床配合工装夹具的方式已经无法满足加工需要,必须采用具有五轴联动数控的小孔电火花高速加工机床来完成。小孔电火花高速加工方法是利用旋转的管状中空电极实现高压内冲液,利用电极与工件之间的放电所产生的高温实现快速打孔加工的。采用五轴机床可以实现更为复杂的空间运动,还可灵活解决刀具干涉等问题,而运动学反解正是五轴加工中的一项关键技术。在小孔电火花高速加工过程中,刀尖点到轴位置相对于工件坐标系保持不变,以确保每个孔的位置及法向,这就需要进行运动学反解;再者,电极在加工过一个孔之后,不可避免的存在一定损耗,由此导致的坐标偏移量也要经过在线计算。但是,目前国内的小孔电火花高速加工机床并没有适用的运动学反解功能以及动态偏移量补偿功能。为此,借鉴机器人运动学原理,对五轴数控小孔电火花高速加工机床的机械构型、结构参数、运动学建模等进行了深入的探究,并在此基础上利用螺旋理论推导出刀尖点相对于工件坐标系的运动方程,进行运动学反解,给出特定加工状态下刀尖点的目标位姿,并获得各直线轴和回转轴的坐标运动分量,补偿坐标的动态偏移量,从而有效地控制机床的多轴协调动作。针对一种典型五轴小孔电火花高速加工机床——摇篮式回转工作台,建立机床抽象化结构模型,由空间三坐标系以及两侧串行运动链,利用齐次坐标表示法推导出坐标系的正向运动学公式,得到空间任意位姿下刀尖点关于A、C转角及轴向位移的矩阵坐标公式,等于给定的坐标值,进而推导出运动学正反解公式。仿真验证的思路是在建模软件中建立机床模型,通过遍历一定数目的机床姿态,比较仿真轴的位移与理论计算值;利用约束驱动模块,设置任意的转角曲线,生成不同的加工运动轨迹,观察刀尖点一直在工件坐标系的预设点,从而验证摇篮式五轴小孔电火花高速加工机床运动学反解公式的正确性。保证在小孔电火花高速加工过程中,刀尖点于工件坐标系中位姿一定,避免旋转轴转动及电极损耗影响,提供了加工精度和动态特性。

关键词：五轴联动小孔电火花高速加工机床运动学反解螺旋理论

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基于气穴模型的动压轴承动态油膜刚度计算方法

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润滑与密封 2019年第9期44卷 120-125页

作者：朱希玲荆建平上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室振动噪声研究所船舰设备噪声与振动控制技术国防重点学科实验室上海200240

针对雷诺方程很难准确反映动压轴承高速转动过程中引起的周向惯性效应、动态挤压效应等的影响,进而导致油膜动态刚度计算精度难以满足高精度轴承设计的现状,提出用ADINA软件先求解瞬态油膜压力分布和瞬态油膜力,得到轴心轨迹,然后结合... 详细信息

针对雷诺方程很难准确反映动压轴承高速转动过程中引起的周向惯性效应、动态挤压效应等的影响,进而导致油膜动态刚度计算精度难以满足高精度轴承设计的现状,提出用ADINA软件先求解瞬态油膜压力分布和瞬态油膜力,得到轴心轨迹,然后结合差分计算模型计算油膜动态刚度的方法。该计算方法基于流固耦合和气穴模型,定义油膜和轴的流固耦合时,采用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)算法有效避免了油膜网格畸变的问题,再现轴心动态平衡过程和三维流场压力分布的动态发展过程,得到瞬态过程中的动态油膜力和动态油膜刚度。试验结果和基于流固耦合和气穴模型的计算结果对比分析发现两者基本吻合,说明该基于流固耦合和气穴模型的数值仿真计算方法是可行和有效的。

关键词：动压轴承气穴模型瞬态分析动态刚度

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