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基于主动失谐优化的叶轮瞬态加减速振动抑制

航空动力学报 2022年第2期37卷 241-250页

作者：欧阳罗辉尚海毕庆贞上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

提出了一种基于主动失谐优化的叶轮瞬态加减速振动抑制方法。首先建立了瞬态加减速激励下的叶轮降阶模型,获得了表征失谐对瞬态振幅影响的失谐放大因子。然后基于降阶模型,采用蒙特卡洛仿真快速计算了一系列瞬态激励下失谐放大因子的概... 详细信息

提出了一种基于主动失谐优化的叶轮瞬态加减速振动抑制方法。首先建立了瞬态加减速激励下的叶轮降阶模型,获得了表征失谐对瞬态振幅影响的失谐放大因子。然后基于降阶模型,采用蒙特卡洛仿真快速计算了一系列瞬态激励下失谐放大因子的概率密度分布,结果表明:失谐放大因子在大多数瞬态激励下受到随机小失谐的影响大于在稳态激励下受到的影响,且在快加速激励时对小量级的失谐更加敏感。采用基于遗传算法的智能优化方法获得了最优主动失谐。采用最优主动失谐后的叶轮在受到1%随机失谐后失谐放大因子的均值及标准差相比于无主动失谐时分别降低了25.6%和85.2%,因此优化得到的最优主动失谐能有效地抑制瞬态加减速振动,并具有良好的鲁棒性。

关键词：失谐叶轮主动失谐振动抑制瞬态加减速振动降阶模型智能优化

复杂曲面零件数控加工的关键问题——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》

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中国机械工程 2018年第14期29卷 1758-1763页

作者：毕庆贞上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

复杂曲面零件在航空、航天、能源和国防等领域有着广泛的应用,其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高加工精度等优势,成为复杂曲面零件的常用加工方式。在此背景下,毕庆贞、丁汉、王... 详细信息

复杂曲面零件在航空、航天、能源和国防等领域有着广泛的应用,其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高加工精度等优势,成为复杂曲面零件的常用加工方式。在此背景下,毕庆贞、丁汉、王宇晗结合五轴数控铣削加工领域的实践经验和关键技术,共同撰写了《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》一书,针对五轴加工中后置处理、刀具路径规划、路径光顺、误差检测与补偿、原位测量与自适应补偿等数字化制造的关键问题展开了详细叙述。

关键词：复杂曲面零件五轴加工数控加工加工理论技术数控铣削加工刀具路径规划自适应补偿

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镜像铣削加工奇异区域刀具路径优化

航空学报 2021年第10期42卷 240-248页

作者：章绍昆毕庆贞王宇晗上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

在大型薄壁件镜像铣削加工中,由奇异点引起的旋转轴运动不连续会影响加工质量,降低加工效率。针对此问题,分析了镜像铣削加工奇异点存在的原因,提出了一种奇异区域内的刀具路径优化方法。首先,针对镜像铣削系统的铣削头和支撑头分别建... 详细信息

在大型薄壁件镜像铣削加工中,由奇异点引起的旋转轴运动不连续会影响加工质量,降低加工效率。针对此问题,分析了镜像铣削加工奇异点存在的原因,提出了一种奇异区域内的刀具路径优化方法。首先,针对镜像铣削系统的铣削头和支撑头分别建立了其旋转轴运动学变换模型,推导旋转轴微分运动关系,据此分析奇异点存在的原因及其对加工质量和效率的影响,定义了机床行程内的奇异区域范围。分析结果表明在镜像铣削系统行程范围内,仅铣削头存在奇异区域,而支撑头不存在奇异区域。然后,在镜像铣削加工刀路约束条件下,基于刀路光顺性指标建立了刀路优化模型。通过在加工曲面参数域内对跨越铣削头奇异区域的刀路进行调整,使得优化后的刀路更加光顺,以提高加工精度和表面质量,减少奇异区域附近的加工时间。最后,通过镜像铣削加工实验验证所提方法的有效性。

关键词：镜像铣削五轴加工微分运动奇异点刀路优化

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TI蜗杆的三维造型和精确磨削加工方法

TI蜗杆的三维造型和精确磨削加工方法

作者：毕庆贞天津大学

学位级别：硕士

一次包络 TI(Toroidal Involute)蜗杆传动是由渐开线斜齿轮和其共轭齿面组成的一种蜗杆传动。国内外学者的理论研究和实验表明,TI 蜗杆传动具有承载能力强、传动效率高等优点,是一种很有发展前途的蜗杆传动形式。由于TI蜗杆齿面形状的... 详细信息

一次包络 TI(Toroidal Involute)蜗杆传动是由渐开线斜齿轮和其共轭齿面组成的一种蜗杆传动。国内外学者的理论研究和实验表明,TI 蜗杆传动具有承载能力强、传动效率高等优点,是一种很有发展前途的蜗杆传动形式。由于TI蜗杆齿面形状的复杂性,TI蜗杆的精确磨削加工成为推广TI蜗杆传动的关键。本文对 TI 蜗杆传动进行了理论分析和三维造型,推导了精确磨削 TI 蜗杆的砂轮的数学模型,为解决一次包络 TI 蜗杆的精确磨削提供了理论依据。具体的工作内容如下: 推导了理想状况下一次包络 TI 蜗杆传动的啮合函数、啮合方程、渐开线斜齿轮齿面上的接触线方程、啮合面方程和 TI 蜗杆的齿面方程,并得出了理想状况下一次包络 TI 蜗杆传动中的啮合界限线方程、根切界限线方程和诱导法曲率方程。得出一次包络 TI 蜗杆传动理论中原始参数的取值范围和接触区域的边界条件;对一次包络 TI 蜗杆传动进行了数值分析,并绘出渐开线斜齿轮的齿面曲线、瞬时接触线、啮合面曲线、TI 蜗杆的齿面曲线以及啮合界限线;根据根切界限线方程和诱导法曲率的特点,分析了根切情况;然后分别用直接造型和间接造型两种方法完成了 TI 蜗杆的三维实体造型。建立了砂轮磨削 TI 蜗杆的空间坐标系,通过坐标变换和对参数进行处理,推导出砂轮轴截面的廓形曲线,并通过对运动参数的分析,得出了精确磨削 TI蜗杆的方法。

关键词： TI 蜗杆环面蜗杆渐开线斜齿轮磨削加工砂轮三维造型

微铣削中考虑刀具跳动的瞬时切厚解析计算方法

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机械工程学报 2016年第3期52卷 169-178页

作者：聂强黄凯毕庆贞朱利民上海交通大学机器人研究所上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

通过研究刀具实际切削过程中的余摆线轨迹及其影响,提出一种新的瞬时切厚解析计算方法,并针对两齿、四齿的情况给出瞬时切厚的具体计算公式。在两齿和四齿铣槽工况下,分析刀具跳动量和跳动角度对各齿切削过程的影响。该方法考虑刀具的... 详细信息

通过研究刀具实际切削过程中的余摆线轨迹及其影响,提出一种新的瞬时切厚解析计算方法,并针对两齿、四齿的情况给出瞬时切厚的具体计算公式。在两齿和四齿铣槽工况下,分析刀具跳动量和跳动角度对各齿切削过程的影响。该方法考虑刀具的综合径向跳动(包括主轴跳动,刀具制造安装误差等综合形成的径向跳动值),适用于微铣削中任意齿数刀具瞬时切厚的计算。通过与宏观铣削中的传统切厚计算公式、BAO模型和Newton-Raphson等数值法对比,量化指出了微细铣削加工与传统宏观铣削加工的一些不同,同时验证了提出的方法具有计算简洁、精度高和通用性强的优势。基于该模型进行了微铣削铣槽试验中切削力的预测,预测结果和试验结果相符良好,验证了模型的正确性和实用意义。

关键词：微铣削加工机理刀具跳动刀具轨迹瞬时切厚

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五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真

科学通报 2010年第25期55卷 2510-2519页

作者：丁汉毕庆贞朱利民熊有伦华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200030

五轴数控加工是航空、航天、能源和国防等领域中高效加工复杂零件的有效手段,是提升我国制造水平的技术突破口.从五轴数控加工的优势出发,描述在刀具路径规划、几何-力学集成仿真和动力学仿真三个方面的关键问题,重点介绍基于可达性的... 详细信息

五轴数控加工是航空、航天、能源和国防等领域中高效加工复杂零件的有效手段,是提升我国制造水平的技术突破口.从五轴数控加工的优势出发,描述在刀具路径规划、几何-力学集成仿真和动力学仿真三个方面的关键问题,重点介绍基于可达性的刀轴方向优化、三阶点接触和线接触成形刀位规划、刀具包络面解析法求解和加工过程稳定性分析等方面的最近研究进展,分析存在的问题,并展望未来的发展趋势.

关键词：五轴数控刀具路径几何-力学集成仿真动力学仿真

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型腔高速螺旋刀路轨迹规划算法

上海交通大学学报 2014年第8期48卷 1200-1204,1212页

作者：林金涛毕庆贞王宇晗孙超上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建... 详细信息

针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建立刀路规划模型.然后,对边界内部的区域进行均匀离散,利用Delaunay算法构建三角网格单元,利用有限元法求解椭圆形偏微分方程,由偏微分方程的解构建等距线.最后,由等距线生成螺旋铣刀路,并对螺旋刀路进行了加工验证.实验结果表明,采用所提出的方法获得的螺旋铣刀路明显改善了机床的运动性能,提高了加工效率.

关键词：螺旋铣刀路规划高速铣削机床运动学

基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩算法

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上海交通大学学报 2014年第5期48卷 629-635页

作者：赵晟毕庆贞王宇晗石璟刘钢上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海拓璞数控科技有限公司上海201111

针对复杂曲面的数控加工,提出一种基于Bézier曲线的刀具轨迹数据压缩算法.根据连续小线段的几何特征来筛选适用于被压缩的区域,将各个区域内的形值点转化为特殊的3阶Bézier曲线,选用最小二乘法拟合形值点,通过调整参数曲线控制点和插... 详细信息

针对复杂曲面的数控加工,提出一种基于Bézier曲线的刀具轨迹数据压缩算法.根据连续小线段的几何特征来筛选适用于被压缩的区域,将各个区域内的形值点转化为特殊的3阶Bézier曲线,选用最小二乘法拟合形值点,通过调整参数曲线控制点和插入过渡曲线,使得加工路径光顺并保证G2连续性,采用2阶Taylor展开来估计误差和控制拟合精度.结果表明:所提出的算法无迭代、实时性好,算法数据的压缩比高;采用Taylor展开估计的误差与真实误差很接近,可以有效控制拟合精度.

关键词：数控系统数据压缩参数曲线 G2连续性误差估计

基于可变形带的碳纤维增强树脂基复合材料3D打印

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现代制造工程 2022年第7期 18-24,10页

作者：龙海波毕庆贞上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

具有复杂镂空/凸起等高曲率轮廓的大尺寸碳纤维增强复合材料零件的自动化加工较为困难,为此提出了一种横向铺带的3D打印工艺。该工艺采用约40 mm长的短切碳纤维带横向拼接形成碳纤维横带。由于横带的长度方向缺乏纤维增强,因此在其两端... 详细信息

具有复杂镂空/凸起等高曲率轮廓的大尺寸碳纤维增强复合材料零件的自动化加工较为困难,为此提出了一种横向铺带的3D打印工艺。该工艺采用约40 mm长的短切碳纤维带横向拼接形成碳纤维横带。由于横带的长度方向缺乏纤维增强,因此在其两端进行不同程度的拉伸时,碳纤维横带可变形成弧形,从而打印成曲线路径,适应高度复杂零件的轮廓。碳纤维横带的宽度可通过改变短切碳纤维带的长度进行调节,其厚度可通过改变短切碳纤维带的搭接比例或改变横带拉伸变形比例进行调节,从而进一步提高打印灵活性。通过强度测试,采用该打印工艺制成的材料沿碳纤维增强方向的拉伸强度可达到220 MPa(碳纤维体积分数为25%)。最后,通过打印圆环零件验证了该工艺打印高曲率零件的有效性。

关键词： 3D打印自动铺带/铺丝机复合材料纤维增强