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精密机床切削工况监控技术现状及其发展趋势

机械工业自动化 1994年第3期16卷 28-31,42页

作者：乐可锡浙江大学

扼要介绍了精密机床切削工况监控技术及其智能监控的发展趋势，并提出了解决关键问题的途径。

关键词：精密机床切削工况监控技术

PDC钻头切削工况与岩体节理参数对破岩效果影响研究

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PDC钻头切削工况与岩体节理参数对破岩效果影响研究

作者：谢二伟太原理工大学

学位级别：硕士

在钻孔过程中岩石孔壁经常遭受破坏,尤其是含有裂隙、孔洞等缺陷的岩石破坏更加严重,极易引起钻孔的堵塞、塌孔以及卡钻等问题,使得钻孔质量达不到预期要求,进而导致爆破孔无法正常装药、煤层气井堵塞后报废和影响正常工期等工程问题。... 详细信息

在钻孔过程中岩石孔壁经常遭受破坏,尤其是含有裂隙、孔洞等缺陷的岩石破坏更加严重,极易引起钻孔的堵塞、塌孔以及卡钻等问题,使得钻孔质量达不到预期要求,进而导致爆破孔无法正常装药、煤层气井堵塞后报废和影响正常工期等工程问题。已有的研究表明钻进时的工况和岩石本身的节理等缺陷都会对孔壁产生不同程度的损伤,但以往研究多是考虑单个因素对钻头破岩的影响,评价方法也较为单一,并且通过物理实验不易对破岩过程进行跟踪和观察。针对上述背景,本文以砂岩为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的方法,在完成细观参数标定的基础上开展了完整砂岩不同切削工况和含预制节理岩体不同节理几何参数下的切削模拟工作,从多角度分析了不同切削条件下岩石的破碎效果,揭示了切削过程中砂岩的破碎机理,并以某煤矿10602工作面顶板砂岩为研究对象,对顶板钻进参数进行优化,对比验证了研究结果的合理性。论文主要进行的工作及得出的结论如下:(1)标定了模拟所需砂岩的细观参数,并分别给出了对完整岩石和含节理岩体切削效果的评价方法。采用“试错法”标定了一组能较好反映砂岩宏观力学特性所需的平行黏结模型和光滑节理模型细观参数,并验证了参数标定的可靠性。利用标定参数下的砂岩模型进行切削模拟,总结并整理出对完整岩石和含节理岩体破碎效果进行评价的方法,对完整岩石切削效果的评价方法主要为四个方面,分别为:裂纹、钻渣、切削后岩石表面粗糙度、钻齿切削应力;对含节理岩体切削破碎效果的评价方法主要为五个方面,分别为:裂纹、钻渣、破碎模式、钻齿切削力、岩体起裂应力。(2)研究了切削角度、速度和深度三种切削工况对完整岩石切削效果的影响规律。通过建立完整岩石切削模型,从裂纹、钻渣、切削后岩石表面粗糙度、钻齿切削应力四个方面,对不同切削工况下岩石的破碎效果和规律进行分析,发现切削角度对岩石切削表面粗糙程度影响最大,随着切削角度增加,岩石表面粗糙度越大;切削速度对裂纹扩展影响最明显,随着切削速度增加,裂纹扩展范围越大,裂纹数量呈先增加后减少的变化规律;切削深度对切削力和钻渣影响最显著,随着切削深度增加,切削力和钻渣数目都随之增大,且增幅逐渐减小,钻渣尺寸增大明显。(3)研究了节理角度、长度、间距、阶梯角和岩桥长度五种节理几何参数对岩体切削效果的影响规律。从裂纹、钻渣生成情况、破坏模式、钻齿切削力和岩体起裂应力五方面对岩体破碎效果进行了系统分析。发现对岩体切削效果有明显影响的节理几何参数为节理角度和节理间距,并且在所有节理参数下,岩体裂纹发育和破碎程度由高到低对应的节理倾角分别为60°、120°、90°、30°、150°和0°,切削齿最大切削力、平均切削力和节理起裂应力均呈W型分布。随着节理间距的增大,岩体裂纹扩展范围和破碎程度逐渐减小,最大切削力波动下降,岩体起裂应力变大。(4)开展了钻孔切削参数优化的现场工业性试验。以某矿顶板砂岩为研究对象,给出了有效提高孔壁质量的钻进参数。在钻进参数优化前,钻孔常出现掉块、塌孔、孔壁粗糙度大和掉钻等问题,为改善孔壁质量,采用“低转速—高钻压”的钻进方式,选取低切削速度0.6 m/s,较大切削深度2.0 mm,配合将切削转速减小为n=120 r/min,钻压调整为10 k N,钻头切削齿前倾角定为10°、直径定为48 mm。通过现场窥视及结果分析,对优化前后的钻孔质量进行对比。得出优化后钻孔平均深度提高了31%,钻进平均时间缩短6.9%、有效钻进孔比例提升21.7%,单位距离钻渣排出量减少4.7%,破碎带长度缩短了53%,孔壁光滑完整度有效提高。

关键词：破岩效果 PDC钻头切削工况岩体节理颗粒流模拟

基于响应信号的数控机床切削工况模态参数识别研究

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基于响应信号的数控机床切削工况模态参数识别研究

作者：邓海燕重庆邮电大学

学位级别：硕士

数控机床的加工性能与其结构的动态特性紧密相关,因此研究数控机床结构的动态特性具有重要意义。现有传统的实验模态分析仅能够获取机床静止状态下的动态特性,然而机床加工与静止状态下的动态特性有所差异。目前,工作模态分析(Operation... 详细信息

数控机床的加工性能与其结构的动态特性紧密相关,因此研究数控机床结构的动态特性具有重要意义。现有传统的实验模态分析仅能够获取机床静止状态下的动态特性,然而机床加工与静止状态下的动态特性有所差异。目前,工作模态分析(Operational Modal Analysis,OMA)被广泛应用于各工程领域,它是通过响应信号来获取结构在工况下的模态参数。但是机床在切削工况下,振动响应信号中通常包含由周期切削激励力引起的谐波分量,直接应用基于OMA的模态参数识别算法会产生大量与结构的固有频率难以区分的谐波频率。同时,提高模态参数识别算法的识别精度也十分重要。针对上述问题,本文在谐波分量的剔除与基于响应信号的模态参数识别方面进行了研究,提出一种适用数控机床切削工况下的模态参数识别方法。本文的主要工作:1.针对机床切削振动信号中含有谐波分量的情况,本文分析了周期激励对机床工作模态分析的影响,研究了一种倒谱编辑去除响应信号中谐波频率的方法。结合铣削过程动态切削力理论,通过MATLAB计算切削力并得到振动位移响应信号,验证了上述方法去除谐频有效性。2.研究了基于响应信号的协方差驱动的随机子空间识别方法,提出基于Toeplitz矩阵行数的协方差驱动随机子空间的改进算法。通过仿真实验,将协方差驱动随机子空间、数据驱动随机子空间与N4SID子空间辨识法三种子空间算法识别的固有频率、阻尼比和模态振型与其理论值进行结果对比,得到协方差驱动随机子空间算法在识别精度与计算效率方面均优于其余两种算法的结论。针对协方差驱动的随机子空间中Toeplitz矩阵行数的选择问题,引入条件数的方法来进行算法的改进,仿真结果证明了改进算法的有效性。3.在简支梁结构上进行锤击试验,分别使用DHDAS动态信号采集分析系统中Poly LSCF(测力法)与*** LSCF(不测力法)两种算法分别获得简支梁的模态参数(固有频率、阻尼比和模态振型)。将简支梁锤击实验获得的振动响应信号使用改进后的协方差驱动随机子空间法进行模态参数辨识,并与Poly LSCF和*** LSCF实验结果进行对比,验证了改进的协方差驱动随机子空间算法的可靠性。4.根据机床有限元分析,得到机床-刀具系统X、Y方向的频响函数,使用峰值拟合法得到机床-刀具系统X、Y方向静态下的模态参数。通过MATLAB计算X、Y方向的切削力,并通过机床静态模态参数得到加速度响应信号,运用倒谱编辑去谐频与改进的协方差驱动的随机子空间识别方法获取机床切削工况下的模态参数,并与机床静态模态参数对比,验证本文方法应用于机床结构的可行性。

关键词：数控机床切削工况工作模态分析谐频去除协方差驱动随机子空间法

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桨叶切削模型冰过程螺旋桨载荷特性试验研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第11期49卷 113-117页

作者：熊伟鹏武珅王超叶礼裕哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶科学研究中心船舶振动与噪声重点实验室江苏无锡214082

为研究冰水混合环境下桨叶切削冰体的力学特性,在大型循环水槽搭建了冰桨流耦合测试系统,结合实船依据等比例缩比选定试验模型和确定试验工况,对冰桨切削过程中的螺旋桨整体和单桨叶载荷进行试验测试.试验结果表明:冰桨接触过程螺旋桨... 详细信息

为研究冰水混合环境下桨叶切削冰体的力学特性,在大型循环水槽搭建了冰桨流耦合测试系统,结合实船依据等比例缩比选定试验模型和确定试验工况,对冰桨切削过程中的螺旋桨整体和单桨叶载荷进行试验测试.试验结果表明:冰桨接触过程螺旋桨和单桨叶受到的载荷表现出围绕水动力载荷上下振荡脉动的特征,冰桨接触过程加剧了螺旋桨载荷脉动的幅度;从频域分析发现螺旋桨混合载荷的一阶叶频脉动幅值最大,单桨叶载荷的轴频脉动幅值最大;载荷特征和频谱分析符合螺旋桨运动特性,间接验证了试验数据的有效性;螺旋桨推力的脉动幅度要大于单桨叶的脉动幅度,表明当进行螺旋桨单桨叶载荷分析时必须考虑其他桨叶的干扰;单桨叶的轴向力的脉动幅度要大于切向力的脉动幅度,单桨叶轴向力正向脉动幅值要大于总推力正向脉动幅值.

关键词：螺旋桨切削工况模型冰冰载荷冰桨流耦合测试

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精密机床加工过程监控技术及其现状与动向

机械科学与技术 1994年第3期13卷 113-116页

作者：乐可锡全永昕周桂如朱均平张民杰浙江大学

本文扼要介绍了精密机床切削工况监控技术及其智能监控的发展趋势，并提出了解决其技术问题的若干方法。

关键词：精密机床切削工况监控技术

山高推出用于可靠且高效铣削铸铁的MK2050刀片

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制造技术与机床 2013年第6期 6-7页

山高推出了专用于解决铸铁铣削加工难题的MK2050刀片。MK2050可以轻松应对各种切削工况和材料，性能表现出色，是汽车和通用机械行业制造商的理想之选。

关键词：铣削加工刀片铸铁切削工况机械行业制造商

面向切削力修正的机床主轴回转精度预测实验分析

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机床与液压 2024年第6期52卷 93-96页

作者：孙备张玲玲李峰赵凯绅王翠芳焦作大学机电工程学院河南焦作454000 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 瑞庆汽车发动机技术有限公司河南焦作454000

为了提高机床控制精度,设计一种可以精确预测面向切削力修正的主轴回转精度分析方法。为验证回转精度预测准确性,建立一套不需要通过标准球实现的主轴回转精度分析系统,可以针对具体切削工况开展主轴回转精度测试。研究结果表明:随着进... 详细信息

为了提高机床控制精度,设计一种可以精确预测面向切削力修正的主轴回转精度分析方法。为验证回转精度预测准确性,建立一套不需要通过标准球实现的主轴回转精度分析系统,可以针对具体切削工况开展主轴回转精度测试。研究结果表明:随着进给速率和切削深度改变,形成了具有规律性的同步误差,切深受到同步误差因素的影响程度最大,而进给速度次之。受切削载荷影响,主轴回转精度显著改变,同步误差和切削载荷具有正相关关系。在变进给及变切宽条件下,测试结果与仿真结果相近,最大误差为0.2μm。设定切宽12 mm与进给速度1200 mm/min时,分离得到的圆度误差与100 r/min空转时圆度误差相比相吻合。

关键词：回转精度机床主轴动力学建模切削工况动态预测

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动态切削下高速电主轴回转误差检测方法研究

动态切削下高速电主轴回转误差检测方法研究

作者：蒋冠湖南科技大学

学位级别：硕士

高速电主轴作为高端数控机床的核心部件,其回转精度直接影响机床的加工精度。对电主轴回转误差检测是实现数控机床主轴加工精度评定的依据,也是实现对回转误差进行补偿的基础。但目前机床主轴的回转精度检测是在主轴空载条件下借助标准... 详细信息

高速电主轴作为高端数控机床的核心部件,其回转精度直接影响机床的加工精度。对电主轴回转误差检测是实现数控机床主轴加工精度评定的依据,也是实现对回转误差进行补偿的基础。但目前机床主轴的回转精度检测是在主轴空载条件下借助标准球进行的静态检测,难以反映主轴切削时的实际回转精度。鉴于此,本文以切削工况下的主轴回转误差检测为对象,以传统的三点法回转误差检测方法为基础,针对现有三点法检测的主轴回误差信号包含了系统振动信号的问题,通过在传统三点法的基础上加入振动加速度传感器,实时测量系统的振动加速度,进而提出一种包含系统振动信号分离的新型三点法,然后采用误差分离技术,求得主轴在切削工况下的实际回转误差。主要研究内容如下:(1)以传统的三点法回转误差检测方法为基础,通过分析切削工况下系统振动位移成分对位移传感器检测的影响机理,建立了考虑系统振动位移成分的新型三点法回转误差检测数学模型。设计相关的误差分离流程与具体计算方法,以正交布置的两个振动加速度传感器实时检测系统的振动加速度信号,通过低频衰减频域积分法对振动加速度信号进行二次积分得到系统的振动位移成分并对其进行分离处理,抑制系统振动位移成分对位移传感器检测信号的影响,使用小波阈值去噪法对位移传感器检测信号进行去噪处理,最后使用三点法误差分离方法得到切削工况下主轴的回转误差。(2)以新型三点法数学模型为依据,使用MATLAB软件对其进行仿真分析,并与传统三点法进行对比。仿真结果表明:切削工况下系统振动位移成分对圆度误差与偏心误差的分离结果影响较小,对回转误差的分离结果影响较大,新型三点法可有效抑制系统振动位移成分对回转误差分离精度的影响。(3)设计并搭建了切削工况下的新型三点法主轴回转误差检测实验平台,并进行了切削工况下的回转误差检测实验,分别使用新型三点法与传统三点法对检测信号进行误差分离计算,与仿真结果进行比对,结果表明,两种误差分离方法得到的圆度误差与偏心误差差异较小,而回转误差差异较大,与仿真结果一致,证明本文设计的新型三点法回转误差检测方法的可有效抑制系统振动对回转误差检测精度的影响,可实现对切削工况下主轴回转误差的检测。最后通过设计多组不同切削参数的回转误差检测实验,使用本文设计的新型三点法与传统的三点法对各种工况下的主轴回转误差检测数据进行误差分离计算,得到主轴回转误差与切削参数之间的变化规律。

关键词：回转误差切削工况误差分离三点法电主轴

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机床主轴回转精度误差评定及参数优化研究

机械管理开发 2024年第6期39卷 8-10页

作者：王绪科河南工业和信息化职业学院河南焦作454000

机床主轴位置精度对加工系统的尺寸控制影响很大。针对主轴回转精度,设计了一种考虑切削力修正的主轴回转精度误差评定方法,并开展了变工况(变进给、变切宽、变切深)下同步误差和圆度误差的性能测试。研究结果表明,测试结果和仿真数据... 详细信息

机床主轴位置精度对加工系统的尺寸控制影响很大。针对主轴回转精度,设计了一种考虑切削力修正的主轴回转精度误差评定方法,并开展了变工况(变进给、变切宽、变切深)下同步误差和圆度误差的性能测试。研究结果表明,测试结果和仿真数据之间达到了相近程度,形成了0.2μm的最大误差,达到了良好吻合性。切宽12mm以及进给速度1200mm/min条件下分离后产生圆度误差达到了良好吻合程度。该研究易于实现,具有很好的推广价值。

关键词：机床主轴回转精度动力学建模切削工况动态预测