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轻合金矩形管件充液压制成形缺陷及横截面尺寸控制

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1952-1963页

作者：温时宇崔晓磊林鹏哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

管材充液压制是一种先进的低载荷液压成形工艺,可用于整体成形复杂薄壁管状构件。与内高压成形不同,充液压制过程中内压只起支撑作用避免失稳屈曲,主要通过模具压制获得管件外形轮廓。压制过程管坯厚向存在拉-压应力梯度,导致卸载后管... 详细信息

管材充液压制是一种先进的低载荷液压成形工艺,可用于整体成形复杂薄壁管状构件。与内高压成形不同,充液压制过程中内压只起支撑作用避免失稳屈曲,主要通过模具压制获得管件外形轮廓。压制过程管坯厚向存在拉-压应力梯度,导致卸载后管件截面易产生回弹,影响尺寸精度。本研究通过对5052、AZ31B和TA1三种管材进行充液压制成形实验,分析了支撑内压和环向压缩率对矩形管件横截面尺寸的影响规律。结果表明:当支撑内压为0.6p_(s)~0.8p_(s)时,管件截面的回弹最小,此时最大回弹量小于1.5 mm,对应回弹率小于5.2%,上、下圆角半径相差小于0.1 mm。通过控制环向压缩率可减小管件回弹,截面尺寸与设计尺寸相差小于0.2 mm,尺寸偏差小于0.7%。对于5052-H、5052-O、AZ31B-M和TA1-Y矩形管件,其控制尺寸精度所需的环向临界压缩率分别为1.8%、1.7%、1.9%和1.8%。

关键词：充液压制成形轻合金管材成形缺陷尺寸精度支撑内压

基于双信号融合的主轴/刀柄结合面刚度退化程度预测

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中国机械工程 2024年

作者：吴石张勇王宇鹏王春风哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室

主轴/刀柄结合面刚度是机床主轴系统的薄弱环节，影响数控机床的加工精度，为了预测主轴/刀柄结合面刚度退化程度，提出了一种基于激励和响应信号融合的主轴/刀柄结合面刚度退化程度预测方法。首先进行钛合金矩形工件侧铣实验，采集瞬... 详细信息

主轴/刀柄结合面刚度是机床主轴系统的薄弱环节，影响数控机床的加工精度，为了预测主轴/刀柄结合面刚度退化程度，提出了一种基于激励和响应信号融合的主轴/刀柄结合面刚度退化程度预测方法。首先进行钛合金矩形工件侧铣实验，采集瞬时铣削力信号和主轴/刀柄结合面附近的响应振动信号，构建反映主轴/刀柄结合面刚度退化的数据库。然后根据数据库中瞬时铣削力和振动信号各方向的时域、频域和时频域特征，基于相关性分析优选出瞬时铣削力信号和振动信号的时域均值、频域中心频率、时频域1阶小波包能量等3个特征，分别使用低频滤波卷积核和高频滤波卷积核对优选后特征矩阵进行双通道卷积池化处理，获取深度融合的主轴/刀柄结合面刚度退化程度特征向量。最后以支持向量机模型（SVM）的概率模式转化为朴素贝叶斯模型（NBC）的条件概率，构建混合分类器模型（NBC-SVM），提高了分类器的分类性能。在主轴/刀柄结合面刚度退化数据库的基础上，基于双通道卷积池化的特征融合方法（CP-FF）和NBC-SVM模型实现了主轴/刀柄结合面刚度退化程度预测，预测精度达到96%。

关键词：主轴/刀柄结合面刚度退化特征融合 NBC-SVM模型

运用响应面法的Ti-6Al-4V ELI钛合金铣削表面粗糙度预测模型

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机械科学与技术 2024年第4期43卷 643-649页

作者：孙庆贞魏学涛张涛张磊魏旭东中国人民武装警察部队海警学院机电管理系浙江宁波315801 中国农业发展集团有限公司淄柴机器有限公司山东淄博255086 哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080

本研究采用端面铣削方式对Ti-6Al-4V ELI(TC4)钛合金进行加工,结合工艺参数进行建模以预测工件的表面质量并确定最佳切削参数。为了实现对工件表面质量的精确预测,在三轴数控加工中心上进行了相应的试验。试验基于Box Behnken方法(BBD)... 详细信息

本研究采用端面铣削方式对Ti-6Al-4V ELI(TC4)钛合金进行加工,结合工艺参数进行建模以预测工件的表面质量并确定最佳切削参数。为了实现对工件表面质量的精确预测,在三轴数控加工中心上进行了相应的试验。试验基于Box Behnken方法(BBD)进行了四因素和三水平的设计,减少了试验所需的数目。试验中选择切削深度、切削宽度、切削速度和每齿进给量作为输入参数,将每次试验所测量的表面粗糙度作为输出参数。最终采用响应面法(Response surface methodology,RSM)建立输入参数和输出参数之间的二次关系,并进行方差分析(Analysis of variance,ANOVA)以评估所建立的模型。同时,利用RSM进行优化分析,确定铣削参数以实现最小表面粗糙度。分析表明,使用RSM建立铣削参数与表面粗糙度的二次回归模型,其校正系数为96.16%,模型能够较好反应输入参数与表面粗糙度的映射关系,该方法能够提供可靠的用于输入参数限制内任何铣削条件的表面粗糙度预测。经优化分析和试验验证,所得铣削参数能够获得较小的表面粗糙度,可应用于实践生产中的工艺优化。

关键词：响应面法二次回归模型表面粗糙度方差分析

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叶片压型模具在机测量系统分析与开发研究

叶片压型模具在机测量系统分析与开发研究

作者：孟士琦西安理工大学

学位级别：硕士

叶片作为涡轮机、风力发电机等各类机械装置的关键组件,广泛应用于现代工业生产中,叶片的形状与精度直接影响到整个装置的性能和效率,而当前叶片的制造主要采用叶片压型模具成型,因此叶片压型模具准确的制造与检测则显得十分重要。然而... 详细信息

叶片作为涡轮机、风力发电机等各类机械装置的关键组件,广泛应用于现代工业生产中,叶片的形状与精度直接影响到整个装置的性能和效率,而当前叶片的制造主要采用叶片压型模具成型,因此叶片压型模具准确的制造与检测则显得十分重要。然而,传统的模具检测手段往往采用离线测量的方法,易产生二次装夹误差,或者停机手动测量的方法,效率低且测量可靠性不够。为此,本文基于叶片压型模具的检测要求,采用数控加工过程中在机测量技术,对叶片压型模具进行原位测量和误差评定,开发一款实现对叶片压型模具快速、准确测量,具备误差评定和补偿功能的在机测量系统。主要研究内容如下:(1)分析了叶片压型模具目前常用的加工方法和检测手段,提出叶片压型模具在机测量系统的软硬件设计,阐述了系统的选型依据、关键参数及安装流程,并研究了软件的开发环境、整体架构及各功能模块的具体实现。(2)分析叶片压型模具在机测量系统精度的影响因素,并针对主要的测量误差(预行程误差和球头半径误差)建立了数学补偿模型。通过线性最小二乘法得出的结果作为非线性最小二乘法的初值,进行二次拟合来求取标定方向的预行程误差。同时,采用双三次孔斯曲面插值法建立预测模型来快速获得任意方向上的预行程误差。此外,采用三点共线法对球头半径误差进行补偿。(3)针对叶片压型模具的测点规划和轮廓度误差计算问题,从两方面展开研究,一方面是测点规划问题,采用基于网格划分高斯曲率变化采样法,曲面网格划分后计算高斯曲率变化值,进行测点规划。另一方面是研究而轮廓度评定,采用线性四叉树网格划分法计算空间点到曲面的最小距离,最后求出曲面轮廓度误差。(4)开发快速曲面测点规划、准确测量,具备误差评定和补偿功能的叶片压型模具在机测量软件系统。通过对量块等标准件的示值误差和探测误差进行精度验证实验,验证了该测系统的精度可达10μm以内;此外,进行叶片压型模具的在机测量实验,对比不同的采样方法,评估在机测量软件的实用性,并将在机测量结果与三坐标测量仪的结果进行对比,验证对叶片压型模具测量的精度可达10μm以内,且轮廓度偏差为6μm以内。实验结果表明,本文所开发的在机测量系统不仅能够实现对叶片压型模具的快速、精确测量,同时还具备误差评定和补偿功能,为现代工业生产提供有力支持。

关键词：叶片压型模具在机测量触发式测头误差补偿曲面采样面轮廓度误差

基于CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测

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振动与冲击 2022年第11期41卷 199-209,234页

作者：吴石张轩瑞刘献礼哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080

汽车覆盖件模具多采用镶块式模件拼接后整体加工,拼接区加工时易引发载荷突变产生冲击振动,影响拼接区的整体加工质量,为了提高拼接区的加工精度,对铣削过程的时域振动信号进行前瞻预测。首先基于互补式集合经验模态分解方法将铣削振动... 详细信息

汽车覆盖件模具多采用镶块式模件拼接后整体加工,拼接区加工时易引发载荷突变产生冲击振动,影响拼接区的整体加工质量,为了提高拼接区的加工精度,对铣削过程的时域振动信号进行前瞻预测。首先基于互补式集合经验模态分解方法将铣削振动信号进行6层模态分解,得到各层本征模态函数及趋势序列;然后分别构建不同工况下的支持向量回归预测模型,采用灰狼优化算法对支持向量回归中的参数进行寻优分析;最后对时域振动信号进行重构和前瞻预测。试验结果表明,在淬硬钢拼接区铣削过程中,结合CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测方法相较于其它传统方法具有更良好的预测效果,在预测时间为0.12 s时总体预测准确率达94%以上。

关键词：铣削振动前瞻预测互补式集成经验模态支持向量回归灰狼优化算法

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基于数字孪生的铣刀状态实时监控

计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 2118-2129页

作者：刘明浩岳彩旭夏伟张俊涛刘献礼哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

针对机械加工过程中面临的制造过程不稳定、数据时效性差、实时监控可视化效果弱等问题,本着“虚实结合、以虚控实”的总体思想,提出基于数字孪生的铣刀状态实时监控方法,构建了物理空间和虚拟空间共生互控的数字孪生体。首先,搭建了基... 详细信息

针对机械加工过程中面临的制造过程不稳定、数据时效性差、实时监控可视化效果弱等问题,本着“虚实结合、以虚控实”的总体思想,提出基于数字孪生的铣刀状态实时监控方法,构建了物理空间和虚拟空间共生互控的数字孪生体。首先,搭建了基于数字孪生五维模型的铣刀状态监控系统结构模型,明确了五层系统架构的组成部分;其次,分别阐述了实现孪生系统框架的3个关键技术,即数控机床的数字空间搭建、多源异构数据的传输及管理、数字孪生驱动的铣刀状态监测;最后,以某薄壁件铣削加工过程为应用案例,验证了该监控方法的可行性与有效性,并为全面管控高档数控机床加工过程提供了一种新途径和新思路。

关键词：数字孪生铣刀状态监控五轴数控机床三维可视化

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变压预紧电主轴热位移预测模型研究

仪器仪表学报 2022年第11期43卷 77-85页

作者：戴野陶学士战士强李兆龙王建辉哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨定150080 哈尔滨理工大学数字化设计与自动机械产品开发研究所哈尔滨150080 宁波天控五轴数控技术有限公司余姚315400

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进... 详细信息

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。分别以预紧力为1450、1550和1700 N工况下,电主轴的轴承温度数据和时间作为输入,构建电主轴BP神经网络热位移预测模型。结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴的热位移,预测模型的残差在0.5μm以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。

关键词：高速电主轴自然降速实验轴承摩擦生热模型热位移预测模型 BP神经网络

铣削工具系统动力学特性及其能量传递与分配机制

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铣削工具系统动力学特性及其能量传递与分配机制

作者：刘轶成哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

铣削工具系统在数控加工设备中直接参与铣削加工过程,其动力学特性直接影响着刀具的铣削稳定性和工件的表面加工精度。建立正确的铣削工具系统结合面动力学模型,研究铣削工具系统结合面的动力学特性,揭示铣削工具系统结合面的能量传递... 详细信息

铣削工具系统在数控加工设备中直接参与铣削加工过程,其动力学特性直接影响着刀具的铣削稳定性和工件的表面加工精度。建立正确的铣削工具系统结合面动力学模型,研究铣削工具系统结合面的动力学特性,揭示铣削工具系统结合面的能量传递路径与分配机制,提出铣削工具系统动力学特性的预测方法,对提高和预测工具系统动力学特性具有重要意义。本文在国家自然科学项目“高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理(51875145)”和黑龙江省自然科学基金重点项目“高能效铣削重型机床基础部件的有序多源流演变机理与关键技术(ZD2020E008)”的支持下,以研究铣削工具系统结合面的动力学特性,揭示铣削工具系统结合的面能量传递与分配,实现提高铣削工具系统结合面的动力学特性为目标,结合铣削加工实例,进行铣削工具系统动力学特性预测方法研究。已有的工具系统动力学模型忽略了切削力载荷对铣削工具系统的影响,切削力载荷作用下的铣削工具系统的动力学特性无法被准确揭示。依据工具系统在铣削加工时的受力分析,利用铣削加工实验提取切削力,提出切削力动态特性的识别方法,构建以切削力为外载荷的铣削工具系统动力学模型,并采用有限元方法建立铣削工具系统结合面的动力学模型。利用ANSYS仿真软件解算主轴-刀柄结合面和刀柄-刀具结合面的接触刚度,并分析铣削工具系统结合面接触刚度的时频特性;利用铣削工具系统结合面动力学模型,解算铣削工具系统结合面的动力学参数,分别分析主轴-刀柄结合面和刀柄-刀具结合面的动力学稳定性。分析铣削工具系统结合面的能耗层次结构,构建主轴-刀柄结合面和刀柄-刀具结合面的动力学能耗模型,揭示主轴-刀柄结合面和刀柄-刀具结合面的动力学能耗的影响特性,研究铣削工具系统结合面能耗的传递路径与分配机制,提出铣削工具系统结合面动力学能耗的影响因素识别方法,为精确预测铣削工具系统动力学能耗提供依据。根据铣削工具系统的能耗传递特性,对铣削工具系统能耗演变和响应引起的相对位置变化特性进行表征,揭示铣削工具系统的相对位置偏移的变化特性,并利用铣削加工实验验证铣削工具系统相对位置偏移的准确性,提出铣削工具系统相对位置偏移的预测方法。

关键词：铣削工具系统结合面接触刚度动力学特性能量传递

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定压供油式静压刀架静动态特性研究

定压供油式静压刀架静动态特性研究

作者：汉泽霖哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着现代制造技术的蓬勃发展,大型机床正朝着高精度、高自动化方向迈进。在众多种类的大型机床中,立式车床由于其自身的结构特点,更加适用于加工盘型零件以及长径比小的工件。而且随着立式车床的创新发展,其切削稳定性逐渐提高,已经成... 详细信息

随着现代制造技术的蓬勃发展,大型机床正朝着高精度、高自动化方向迈进。在众多种类的大型机床中,立式车床由于其自身的结构特点,更加适用于加工盘型零件以及长径比小的工件。而且随着立式车床的创新发展,其切削稳定性逐渐提高,已经成为我国机械工业发展中不可或缺的加工设备。由于液体静压支承技术具有承载能力强、润滑性能可靠的优点,如今已经被广泛应用于数控机床当中。随着静压导轨技术在数控立式车床中的应用越来越广泛,对安装了静压导轨的立式车床刀架切削性能要求也变得越来越高。因此,探究静压刀架的静动态特性对于提高立式静压车床加工精度有着重要意义。本文以定压供油式立式车床静压刀架为研究对象,结合理论力学、流体力学等相关知识进行数学建模,利用ANSYS有限元仿真软件探究静压刀架静动态特性,并进行了变形量和刀架固有频率的测量。主要研究内容如下:首先,对静压刀架工作原理进行阐述,并对滑枕进行受力分析,在供油压力一定的条件下,对静压刀架静态特性进行理论分析。其次,利用ANSYS Fluent流体仿真软件对矩形和跑道形油膜压力进行对比分析,利用Workbench流固耦合仿真软件,分别对矩形油腔和跑道形油腔静压刀架进行变形仿真,并获得不同工况下的油膜形貌。利用Workbench对静压刀架进行模态分析和谐响应分析,确定静压刀架各阶次的固有频率、振型及共振频率。最后,在DVT630×40/100Q-NC定压供油式双立柱静压立式车床上进行实验,对静压刀架滑枕变形量以及刀架固有频率进行测量,将实验值与仿真值进行对比,以此来验证仿真结果的准确性。

关键词：静压刀架定压供油承载性能静动态特性流固耦合