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动态参数影响下液体静压主轴运动精度分析及优化

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西安交通大学学报 2020年第6期54卷 90-98页

作者：陈东菊李源查春青潘日范晋伟北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124

针对现有液体静压主轴运动误差分析及优化的不足,基于液体静压主轴的结构参数,建立了主轴运动误差的动力学模型,定量分析了在不平衡质量作用下主轴转子不同转速下的动态参数变化规律。以主轴运动误差数学模型作为目标函数,以主轴系统参... 详细信息

针对现有液体静压主轴运动误差分析及优化的不足,基于液体静压主轴的结构参数,建立了主轴运动误差的动力学模型,定量分析了在不平衡质量作用下主轴转子不同转速下的动态参数变化规律。以主轴运动误差数学模型作为目标函数,以主轴系统参数作为设计变量,采用遗传算法对液体静压主轴系统的运动误差进行优化分析。单一因素优化分析时,主轴系统径向误差运动x、y、主轴倾角θ的优化效率分别为41.22%、25.21%、66.16%,多目标优化时效率为4.7%。优化后的主轴运动精度都有了显著的提高,并得到了提高液体静压主轴运动精度的结构参数组合。

关键词：超精密加工液体静压主轴运动误差动态参数遗传算法

基于相似理论的重型数控机床-基础系统位移变形研究

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机械工程学报 2022年第7期58卷 309-316页

作者：张建涛刘志峰李彦生姜凯杨聪彬张彩霞北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124 吉林大学数控装备可靠性教育部重点实验室长春130025

提升重型数控机床的加工精度是高端装备领域的研究热点,然而关于基础沉降变形对机床精度的影响这一问题却少有研究。为了研究由基础沉降变形引起重型数控机床加工精度变化的规律,基于欧拉伯努利梁单元理论,考虑基础和机床相互耦合作用关... 详细信息

提升重型数控机床的加工精度是高端装备领域的研究热点,然而关于基础沉降变形对机床精度的影响这一问题却少有研究。为了研究由基础沉降变形引起重型数控机床加工精度变化的规律,基于欧拉伯努利梁单元理论,考虑基础和机床相互耦合作用关系,建立起机床结构-基础系统的一体化变形协调方程,以横梁中点位姿变化为目标,进行整体刚度矩阵求解过程中的节点坐标标定方案分析;根据相似理论,构造重型数控机床-基础系统的缩尺模型,分析设计的缩尺模型和机床原尺模型之间静力位移变形关系,给出缩尺模型和原尺模型的映射规律,为有效解决基础沉降引起的机床精度变化和精度补偿提供依据和技术支撑。

关键词：重型数控机床基础沉降梁单元相似理论缩尺模型

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弹性节流器空气静压径向轴承的动态性能研究

机械工程学报 2024年

作者：陈东菊张璇潘日孙锟范晋伟北京工业大学材料与制造学部北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室

由于润滑介质是气体，空气静压轴承具有刚度低、稳定性差的缺点，因此将弹性节流器引入空气静压轴承来提高空气静压轴承动态特性和稳定性。首先采用双向流-固耦合的方法对该空气静压轴承耦合模型进行求解，在轴承静态平衡状态的基础上... 详细信息

由于润滑介质是气体，空气静压轴承具有刚度低、稳定性差的缺点，因此将弹性节流器引入空气静压轴承来提高空气静压轴承动态特性和稳定性。首先采用双向流-固耦合的方法对该空气静压轴承耦合模型进行求解，在轴承静态平衡状态的基础上根据差分法得到了轴承的动态系数。然后结合气膜的非线性动态特性建立了轴承-转子动力学模型及方程，通过对主轴振动信号的求解及处理获得带有弹性节流器空气静压主轴的时域特性及频域特性，并与传统空气静压轴承进行对比。最后对固体弹性节流器在流-固耦合过程中的应力、应变及变形情况进行了稳定性分析。结果表明该轴承提高了气膜的动态系数，能够使主轴的振动位移减少12%以上，提高了主轴的共振频率，降低了谐振带宽，并且弹性节流器具有良好稳定性，所设计的弹性节流空气静压轴承有效地改善了主轴的动态性能。

关键词：空气静压轴承弹性节流器动态特性回转稳定性

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基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法

浙江大学学报（工学版） 2023年第5期57卷 883-891页

作者：赵永胜赵志勇李迎张涛北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100020 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100020 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100020

针对传统对接方法在缺少现场实测数据支持下的被动调整问题,提出基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法.基于数字孪生虚实结合技术,研究机身对接工艺优化反馈控制技术.搭建融合冗余控制算法和工艺优化策略的数字孪生系统,明确了基于... 详细信息

针对传统对接方法在缺少现场实测数据支持下的被动调整问题,提出基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法.基于数字孪生虚实结合技术,研究机身对接工艺优化反馈控制技术.搭建融合冗余控制算法和工艺优化策略的数字孪生系统,明确了基于现场实测数据的测量-优化-反馈精度优化流程.基于有限状态机理论,精准重建数字孪生模型,实现对接过程的监控和精度预测,根据同轴度评价指标完成工艺参数二次设计,将优化后的工艺参数重新下发至物理现场、控制现场进行对接.对接位姿偏差对比结果表明:对接精度优化控制方法将机身筒段位置偏差降低了60.03%,姿态偏差降低了53.94%.

关键词：数字孪生机身对接模型重构参数优化优化控制

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数字孪生驱动的机身形状控制方法

浙江大学学报（工学版） 2022年第7期56卷 1457-1463页

作者：赵永胜李瑞祥牛娜娜赵志勇北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100020 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100020 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100020

针对人工调整机身筒段形状过程中存在的精度低、效率低以及局部过大应力的问题,提出基于数字孪生驱动的机身形状控制方法,搭建融合形状控制策略优化算法和虚拟调试技术的数字孪生系统.在实时数据的驱动下,实现机身形状控制系统物理空间... 详细信息

针对人工调整机身筒段形状过程中存在的精度低、效率低以及局部过大应力的问题,提出基于数字孪生驱动的机身形状控制方法,搭建融合形状控制策略优化算法和虚拟调试技术的数字孪生系统.在实时数据的驱动下,实现机身形状控制系统物理空间与虚拟空间的数据交互、动态映射.研究结合遗传算法和深度学习的形状控制策略优化问题,通过ANSYS批处理多载荷步的方法,验证形状控制策略的可用性,在保持机身筒段应力均衡的状态下调整机身形状.实验结果表明,利用构建的数字孪生系统和形状控制策略,可以有效地将筒段形状控制精度提高25.8%,将筒段形状控制效率提高414.3%,将局部最大应力减小42.5%.

关键词：数字孪生机身形状遗传算法深度学习策略优化

基于多尺度下塑性指数模型的结合面接触刚度计算方法

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振动与冲击 2022年第3期41卷 115-122,164页

作者：赵永胜牛娜娜杨聪彬刘志峰姜凯孟令军北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124

螺栓连接结合面的接触特性是影响机械系统动静态特性的关键。当结合面处于振动疲劳状态时,会导致阻尼增大和共振频率减小,因此建立精确的栓接结合面接触模型对研究整个机床的动态特性有着十分重要的意义。结合Greenwood和Williamson给... 详细信息

螺栓连接结合面的接触特性是影响机械系统动静态特性的关键。当结合面处于振动疲劳状态时,会导致阻尼增大和共振频率减小,因此建立精确的栓接结合面接触模型对研究整个机床的动态特性有着十分重要的意义。结合Greenwood和Williamson给出的塑性指数表达式、统计学的粗糙度参数和分形参数,建立了与微凸体频率序数相关的塑性指数模型,从而根据塑性指数得到微凸体弹性-弹塑性-塑性变形的临界频率序数,并基于赫兹接触理论,通过对不同频率区间内微凸体的积分得到整个结合面的接触载荷和接触刚度。最后,通过有限元仿真与试验相结合共同验证了理论模型的正确性,证明该理论模型具有较强的工程应用价值。

关键词：结合面分形理论塑性指数频率序数接触刚度

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不同型腔对空气静压轴承性能的影响

制造技术与机床 2021年第5期 128-133页

作者：陈东菊程锴董丽华潘日范晋伟北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124

针对气浮工作台运行中出现的气膜波动问题,研究空气静压轴承的不同气腔结构形状对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过结合承载力和刚度等性能参数,对有限元仿真不同形状气腔的结果对比分析,得到矩形气腔刚度最大,但同时气旋现象严重,圆... 详细信息

针对气浮工作台运行中出现的气膜波动问题,研究空气静压轴承的不同气腔结构形状对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过结合承载力和刚度等性能参数,对有限元仿真不同形状气腔的结果对比分析,得到矩形气腔刚度最大,但同时气旋现象严重,圆台气腔能有效抑制气旋现象。这些分析通过改变轴承的结构参数抑制空气静压轴承的气旋及气膜波动,为提高气浮工作台的加工精度和稳定性提供理论依据。

关键词：空气静压轴承气旋现象气膜波动加工精度

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空气静压主轴宏微尺度研究进展综述

北京工业大学学报 2023年第5期49卷 577-596页

作者：陈东菊张璇孙锟李天宝陈芳北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124 北京市第九中学北京100041

空气静压主轴作为精密超精密机床的关键部件,其回转精度高,运转平稳,振动及噪声较传统轴承小,高速回转时的温升较小.但其存在刚度和承载力较差的问题.因而,有必要对现有的空气静压主轴重要研究成果进行系统的总结及分析.回顾空气静压主... 详细信息

空气静压主轴作为精密超精密机床的关键部件,其回转精度高,运转平稳,振动及噪声较传统轴承小,高速回转时的温升较小.但其存在刚度和承载力较差的问题.因而,有必要对现有的空气静压主轴重要研究成果进行系统的总结及分析.回顾空气静压主轴的历史发展及研究成果,空气静压主轴的主要研究目的在于提高其承载力和刚度,改善动/静压特性以及稳定性等,并通过改进雷诺方程以及优化结构参数进行实现.同时其微尺度特性也成为研究的热点,研究结果表明,微尺度特性对于主轴的承载力以及刚度等具有重要影响.该研究从空气静压主轴的发展历程、静/动力学性能以及微尺度领域的黏度、速度滑移和稀薄效应等对空气静压主轴性能产生重要影响的因素进行综述和分析.结合现有的数值模拟方法,对主轴回转精度的测量和主轴运动状态进行了分析.最后,对空气静压主轴的研究发展趋势进行了预测.

关键词：空气静压主轴微尺度效应气体润滑动静态特性数值模拟回转精度

基于多目标差分进化算法的机加工柔性作业车间调度

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北京工业大学学报 2023年第3期49卷 335-345页

作者：程强高元杰初红艳张彩霞刘志峰北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124

柔性作业车间的多品种、多件数导致调度难度大、耗费时间较长和成本较高,为此,以最大完工时间、能耗和刀具损耗数量为优化目标,考虑返工、次序的准备时间和批量调度约束,建立了多目标机加工柔性作业车间调度模型.提出一种引入综合考虑... 详细信息

柔性作业车间的多品种、多件数导致调度难度大、耗费时间较长和成本较高,为此,以最大完工时间、能耗和刀具损耗数量为优化目标,考虑返工、次序的准备时间和批量调度约束,建立了多目标机加工柔性作业车间调度模型.提出一种引入综合考虑能耗和加工时间的轮盘赌初始化策略.针对传统差分进化算法交叉得到的子代机器部分质量较差,提出一种机器选择的策略,以此对差分进化算法进行了改进.将改进后的差分进化算法应用于机加工柔性作业车间调度,并与传统差分进化算法在机加工柔性作业车间调度进行多组实验对比.结果表明:改进差分进化在机加工柔性作业车间调度较传统差分进化算法具有收敛速度较快、鲁棒性较好的优点,优化后各机器负载更为均衡,可有效解决多目标机加工柔性作业车间调度问题,为多品种、多件数类排产任务提供了一种良好的指导方案.

关键词：柔性作业车间差分进化算法多目标优化机加工批量调度返工