弯曲成形法椭球面研磨的建模与实验研究

针对椭球面零件的加工难题,采用弯曲成形法来研磨椭球面零件是一种新方法。根据材料在弯矩作用下会发生弹性变形的特性,利用力学和高等数学知识建立了磨具弯曲成形的数学模型,推导出磨具的宽度函数表达式,使磨具弯曲成形后的母线与所要加工工件的廓形母线一致。根据算例设计出了满足要求的磨具系统。磨具的弯曲实验结果表明,面形最大误差为0.141 8 μm,面形精度能够满足大多数零件的精度要求。     

逆向工程中点云数据去噪算法的研究

基于曲率变化的曲线分段去噪法,先读入数据,将点云数据按扫描线顺序存储到数组A.再对除首末点外位于同一扫描线上的点,计算各点曲率.接着计算数组A中,等间距两点的曲率差,放到数组B,提取数组B中大于给定阈值的n个点.然后拟合曲线,计算各点到曲线的距离,并删除距离超差的点,直到处理完n 1段点云,由此处理完所有扫描线.     

面向等残余面形误差的分层修形模具气囊抛光轨迹规划方法

气囊抛光方法可成功应用于模具自由曲面,实现自动化抛光。提出一种面向等残余面形误差的分层修形模具气囊抛光轨迹规划新方法,该方法可用于等残余面形误差工件的整个面形修正过程或非等残余面形误差状态下气囊抛光工艺中的某一阶段。针对光栅型抛光轨迹给出一种基于一次去除深度函数数值仿真的驻留点间距优选方法,并设计了对比性实验进行验证。实验结果表明,以X方向为进给方向的光栅型轨迹中,驻留点间距值选择去除模型中最大去除量1/2处对应Y值的两倍是合理的。     

碳纤维复合材料切削过程的有限元模拟

基于Hashin失效准则,在ABAQUS/Explicit中建立碳纤维复合材料的二维正交切削模型。采用此模型研究切削条件对复合材料切削表面质量的影响。模拟得到了崩碎切屑的形成过程、切削力随刀具行程的变化曲线、应力在刀具及工件中的分布,并分析背吃刀量对切削过程中加工表面质量及切屑形貌的影响,从理论上提出改善复合材料切削表面质量的分析方法。     

High Speed Lapping of SiC Ceramic Material with Solid (Fixed) Abrasives

An experimental investigation is carried out to machine SiC ceramic material through the method of high speed plane lapping with solid(fixed) abrasives after the critical condition of brittle-ductile transition is theoretically analyzed. The results show that the material removal mechanism and the surface roughness are chiefly related to the granularity of abrasives for brittle materials such as SiC ceramic. It is easily realized to machine SiC ceramic in the ductile mode using W3.5 grit and a high efficiency, low cost and smooth surface with a surface roughness of Ra 2.4nm can be achieved.     

平面曲线端铣加工过程铣削力的建模与预测

针对平面曲线端铣加工过程,提出一种考虑瞬时进给方向的铣削力预测方法。铣削加工时每齿进给量、切入/切出角以及瞬时切屑厚度等铣削参量随着曲线曲率的改变而变化,将单个频齿周期内的曲线加工过程看做是一系列铣削条件恒定的微小稳态加工过程,建立了等效进给量、切入/切出角的矢量计算模型,通过计算每一微小阶段的铣削参量,推导了平面曲线端铣中基于傅里叶级数展开的铣削力模型。以PCrNi3MoVA钢为工件材料,分别进行圆弧和Bezier曲线端铣加工试验,试验结果表明,预测的铣削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该铣削力预测方法的有效性。     

基于视觉引导的弹部件高效自动排序技术

针对延期体、枪弹弹壳、弹头等弹部件的高效自动排序需求,基于视觉引导的工业并联机器人自动抓取 系统进行自动排序技术研究。通过机器视觉自动识别弹部件位置,引导并联机器人抓取工件后自动调整工件姿态并 快速排序放置。运用该视觉引导排序技术的枪弹装配及延期雷管装配自动生产线已投产。结果表明：该排序方式效 率高、漏装反装失误率极低;柔性化水平高,可适应不同长度、外形的弹部件;生产线的整体效率和运行可靠性大 幅提高。     

自动铣削的动态仿真分析

自动铣削动态仿真的视向离散法,将刀具和工件离散成沿视线方向的直线段,并用刀具直线段剪裁工件直线段以反映切削效果,但仿真结果不具连续性.改进为三角片离散法,即将工件上表面离散为均匀点并将其连为三角片矩阵,程序运行时按刀具路径修改工件上表面点阵高度,再实感渲染动态仿真,解决了加工中多种误差的测量问题.     

超声振动冲击表面织构方法及试验研究

为提高工件表面微型凹坑织构的面密度和加工效率并实现织构深度的可控性,提出以机床为载体的超声振动冲击表面织构工艺方法,考察不同工艺参数对工件外圆面及端面织构成形和形貌的影响。结果表明:微型工具头在每个振动周期内可分离冲击工件表面并形成具有高面密度的微型凹坑阵列结构,弹性变形使微型凹坑织构深度小于理论计算值;切出织构位置存在凸起,工件表面上的凸起结构处理完成后即可进行减摩和润滑应用。     

直线包络方法加工凸曲线回转工件的数学模型与效率研究

凸曲线回转工件广泛应用于航空航天等领域,它要求较高的精度和表面质量。传统的轨迹磨削成形方法不仅精度不高凸曲线回转工件广泛应用于航空航天等领域,它要求较高的精度和表面质量。传统的轨迹磨削成形方法不仅精度不高而且效率较低无法满足高效精密加工的需求。介绍了加工凸曲线回转工件的直线包络方法和其实现方式。在分析其成形机理的基础上提出了适合这种成形方法的基于等残留高度的刀触点计算模型,并在达到相同最大残留高度条件下对直线包络方法和轨迹成形方法进行了效率比较,得出当工件截面凸曲线曲率半径较大时,直线包络方法的加工效率要比轨迹成形方法提高3~4倍左右。     

药型罩结构参数对整体式MEFP成型的影响

为提高整体式多爆炸成型弹丸(MEFP)毁伤能力,采用LS-DYNA仿真软件,模拟了药型罩结构参数对弹丸成型的影响。基于研究结果优化设计了一种整体式装药结构,并对其进行了试验验证。结果表明:药型罩结构参数对弹丸的影响主要体现在弹丸形态上,随着药形罩曲率半径的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度分别降低了40%和41.2%。周边弹丸形状逐渐由杆形弹向球形弹丸发展。随着壁厚的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度则分别降低了22.2%和19.7%。周边弹丸拖尾逐渐减小,弹丸飞行稳定性增强。优化得到药型罩曲率半径和壁厚的最优值分别为77~82 mm和2.2~2.6 mm。设计的战斗部可有效穿透15mm厚45#钢靶,与数值模拟结果吻合较好。     

变压边力条件下TRIP钢板成形窗口的数值模拟

为提高TRIP高强度钢板的成形质量,提出通过改变刚性凸模胀形试样宽度来测定板料FLC,并对其进行优选。在此基础上,以盒形件为例,借助数值模拟研究其压边力成形窗口以及最优的压边力变化曲线。结果表明:随着冲头行程的逐步增加,TRIP钢板盒形件的压边力成形窗口高度逐渐减小,成形后期必须严格控制压边力的大小;当采用最优压边力变化曲线时,盒形件成形质量好、变形充分。     

复杂工件夹紧力作用区域的规划算法

在机械加工过程中,工件受到切削力、切削扭矩等外载的作用,这将破坏工件定位时所获得的合理位置,甚至会导致生产事故的发生。因而必须对工件施加合理的夹紧力以保证其在整个加工过程中具有稳定性。为此,以工件稳定性为核心,提出了复杂形状工件的夹紧力作用区域确定算法。基于虚功原理和线性规划技术,建立了工件稳定性的判定算法;基于表面网格离散化方法,按照一定方向逐次分析各个节点处的工件稳定性,建立了夹紧力作用区域的确定算法。该方法不仅能够验证夹紧力大小的可行性,而且还能够用来指导夹紧力作用点位置的合理设计。     

磨粒簇有序化砂轮磨削凹坑摩擦减阻表面的策略

结构化表面在减小机械零件摩擦或表面拖曳阻力方面起到重要的作用。为获得一种结构化摩擦减阻表面的高效磨削法,基于砂轮的磨粒有序化排布设计理论,提出一种嵌齿式磨粒簇有序化排布砂轮磨削凹坑摩擦减阻表面的策略。开展磨粒簇有序化砂轮的设计理论研究,分析砂轮磨粒簇排布参数和工件凹坑表面排布参数的关系。探讨实现凹坑排布的磨削参数条件,以及凹坑与磨粒簇几何形状之间的联系。通过磨削试验验证了结构化凹坑表面的磨削形态及磨削创成机制。结果表明：利用嵌齿磨粒簇有序化砂轮能够实现叶序排布、错位排布和阵列排布结构化凹坑摩擦减阻表面的磨削;被磨削结构化凹坑表面的排布形态和凹坑形状取决于砂轮排布设计参数、磨粒簇几何形状参数、磨削参数的选择。     

硬脆材料超声波精密加工机理及影响因素研究

硬脆材料具有很高的硬度和脆性,为了提高硬脆材料研磨效率,从理论上分析超声波研磨加工硬脆材料机理,详细地分析超声波声压及加工静压力、工具的振动振幅、频率和磨粒大小对材料的去除率以及加工质量的影响。分析表明,基于超声波研磨条件下,能够提高材料去除率和加工出高质量的超光滑表面。     

齿轮钢18Cr2Ni4WA磨削烧伤实验及仿真预测研究

18Cr2Ni4WA钢以其韧性好和强度高的特点,广泛使用于螺旋伞齿轮等重载齿轮的生产与制造。磨齿作为齿轮加工的最后工序,磨削区域较高温度场容易引起磨削烧伤发生,使加工表面质量和疲劳寿命难以保证。针对齿轮钢18Cr2Ni4WA磨削烧伤问题,设计SG砂轮磨削实验,研究其发生磨削烧伤时表面形貌、显微硬度的变化规律,并通过有限元仿真预测烧伤层深。研究结果表明：当砂轮速度为20.3 m/s、工件速度为0.03 m/s、磨削深度大于0.05 mm时工件发生磨削烧伤,随着磨削深度的增加,烧伤程度加重,磨削表面氧化层颜色由淡黄色转为褐色最后呈现青色,表面形貌由纹理清晰转为涂覆;工件产生回火烧伤时,产生硬度较低的回火索氏体;烧伤层深的仿真模拟值与实验测量值基本吻合,验证了有限元仿真对磨削烧伤预测的可行性。     

基于神经网络的薄壁件加工变形预测方法

在薄壁件的切削加工过程中,刀具几何结构是产生工件变形的重要因素之一。刀具单一角度所引起的工件变形规律可以很方便地通过有限元方法获得,但是,若同时考虑刀具多个角度的影响,仅仅利用有限元方法很难揭示多种工况与工件变形之间的关系。为此,针对薄壁件的铣削加工建立了三维有限元分析模型,通过实验数据与仿真值的比较验证有限元分析模型的有效性,以便利用有限元分析模型获取神经网络的训练样本;借助神经网络的非线性映射能力,通过有限的训练样本构建工件变形预测模型;将预测值与相应的有限元仿真值进行比较,结果表明预测误差在3%以内,进一步验证了建立的工件变形预测模型具有合理性。     

花键冷滚打成形表层加工硬化研究

依据冷滚打成形原理,分析花键成形表层加工硬化机理,进行冷滚打成形的仿真和花键试件的扫描电镜实验、透射电镜实验和显微硬度实验,得到了花键成形过程中等效应变和温度分布情况;分析花键表层晶粒、位错和花键齿不同部位的硬度沿硬化层深的变化情况,阐明沿层深方向晶粒大小、位错密度和硬度三者之间的关系,揭示了冷滚打工艺参数对加工硬化程度的影响规律。结果表明：冷滚打成形花键表层加工硬化主要受到位错密度影响,分度圆硬化程度最大,齿廓不同部位硬化程度随着工件进给量的增大而上升,随着滚打轮转速的增大而下降。研究结果为揭示20号钢 冷滚打花键成形表层加工硬化行为提供了参考依据。     

基于二阶平滑的巡航导弹航路跟踪控制

针对巡航导弹航路的精确跟踪控制问题,采用对称极多项式曲线对初始折线航路进行平滑,并基于反馈线性化方法和最优控制理论设计了轨迹跟踪控制器。基于“提前转弯式”的航路平滑思想,用对称极多项式曲线航路替换存在夹角的相邻航路段的部分航路,实现飞行航路的二阶平滑过渡; 采用基于“虚拟目标”的航路跟踪方法建立了巡航导弹轨迹跟踪误差状态方程,并采用线性二次最优控制理论设计了轨迹跟踪控制器。仿真结果表明,基于对称极多项式曲线的平滑航路曲率连续,且满足导弹机动性能约束,能够有效减小航路跟踪误差,实现巡航导弹的精确航路跟踪。     

SiC单晶片研磨过程材料去除率仿真与试验研究

分析了SiC 单晶片研磨过程的材料去除机理,采用统计方法描述了磨粒粒度的分布规律,推导出参与研磨过程的活动磨粒数量计算公式。依据SiC 单晶片-磨粒和研磨盘-磨粒接触处的变形情况,建立了SiC 单晶片研磨过程材料去除率( MRR) 的预测模型。以该模型为基础,讨论了研磨盘硬度、压力和磨粒粒度等因素对MRR 的影响,并进行了相同条件下的研磨试验。理论计算与试验结果对比分析表明:所建立的模型可以较准确地预测SiC 单晶片研磨过程的MRR;为其他单晶材料研磨过程MRR 的预测和控制提供了参考依据。