具备高适应性的高速铣削刀具磨损状态监测系统

为提高加工监测系统的适应性和智能化程度,提出基于刀具磨损曲线的实时刀具状态监测系统。自学习能力的引入使该系统可自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计,较大程度上摆脱对系统事先"教学"的依赖。同时为有效抑制切削参数变化带来的干扰,提出一种特征提取方法来自动提取敏感特征,减少监测系统开发时间和成本。针对高速铣削过程的刀具磨损监测,采用切削力和声发射传感器来采集信号,并运用时域、频域和小波分析技术来对信号进行处理,试验结果证明了所提出的自动特征提取方法的有效性和智能刀具状态监测系统的高适应性。     

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。     

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响

碟轮修整方法可以实现对单层钎焊金刚石砂轮的精密修整,改善磨粒等高性,提高加工表面质量。为了探究此种修整方法对磨削SiC陶瓷的材料去除机理的影响,建立了砂轮修整量与单颗磨粒最大切厚之间影响关系的理论模型,并且进行了单层钎焊金刚石砂轮的碟轮修整实验,在修整过程中又进行了SiC陶瓷的磨削实验。从砂轮磨粒形貌及磨削表面形貌角度对磨削过程中的材料去除机理进行了研究。结果表明,碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮增加了砂轮表面动态有效磨粒数,减小了单颗磨粒最大切厚,使SiC陶瓷的材料去除方式从修整前的脆性断裂转变为塑性变形,最终实现了SiC陶瓷的延性域磨削。     

ZC1蜗杆齿形磨削误差及其控制方法

控制由砂轮直径的变化所引起的蜗杆齿形误差,是磨削ZC1蜗杆过程中的关键问题.根据ZC1蜗杆磨削加工数学模型,分析了磨削过程中当砂轮直径发生变化时,蜗杆参数d1,m,z1对蜗杆齿形误差的影响规律.提出一种适合数值计算的ZC1蜗杆磨削砂轮修整原理和数学模型,通过实例证明提出的ZC1蜗杆砂轮磨削修整模型的正确性与可行性;为生产中减小ZC1蜗杆齿形磨削加工误差、实现ZC1蜗杆的高精度加工提供一种崭新的途径.     

复合电加工修整金刚石砂轮的机理研究

金属结合剂金刚石砂轮广泛应用于硬脆材料的精密和超精密削加工,虽然金属结合剂金刚石砂轮具有优良的磨削性能,但是砂轮的修整问题却始终难以解决。本文提出了一种新的修整方法,即放电－电解修整法,对复合整机理进行了研究,并介绍了修整参数地放电电流及电解电流的影响,工艺实验的结果表明,电解电火花复合修整法能够实现金属结合剂金刚石砂轮高精度高效率的修整,具有良好的应用前景。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

树脂结合剂CBN砂轮缓进深磨钛合金——CBN砂轮在缓磨中的应用

本文从磨削力、磨削温度、金属去除量、砂轮磨损形态、磨削方式以及工件表面形貌等多方面考察研究了树脂结合剂CBN砂轮在缓进磨削钛合金中的应用,并将其与普通碳化硅砂轮的磨削性能作了对比。实验结果显示,在缓进磨削中,CBN砂轮的磨削性能确实明显优于碳化硅砂轮。CBN砂轮磨削时的力、温度值均较SiC砂轮磨削时要低,砂轮磨损速度远远低于SiC砂轮,磨削表面纹理也优于SiC砂轮。CBN砂轮缓磨钛合金时能长期保持锋利的原因不是由于自锐作用,而是CBN磨料不会与钛合金发生粘附且具有良好耐磨性的缘故。CBN磨料本身所具有的极高的化学稳定性、它的超硬超耐磨特性与缓磨本身的低温特征所构成的最佳工艺组合是解决钦合金难磨问题的理想途径。     

环形热管砂轮强化磨削弧区换热研究

磨削过程中,在超过临界值的高磨削热流密度下,即使有再多的磨削液进入弧区也无济于事,因为磨削液既已处于成膜沸腾状态,由于工件表面所覆盖的汽膜层的阻挡,磨削液很难真正起到换热作用,如不及时采取相应的措施,工件必定很快发生烧伤。本文结合热工领域的换热技术,提出一种基于热管技术强化磨削弧区换热的全新构想,并在此基础上研制了新型的环型热管砂轮,以大幅提高弧区临界热流密度。最后,分别使用环形热管砂轮和普通砂轮进行磨削测温试验,验证了环形热管砂轮高速疏导磨削热,降低磨削温度,从而提高材料去除率的巨大潜力。     

磨削加工的计算机模拟技术

由于磨粒形状和分布的随机性,使得预测磨削加工的结果难以实现。计算机模拟作为一种预测技术可望使磨削过程得到控制。本文从单颗磨粒出发利用计算机模拟技术来研究磨削加工过程。首先建立了砂轮地貌、磨削运动的描述、磨削力、磨削温度和砂轮磨损等模拟模型。在此基础上,在HP-1000小型机上开发了模拟软件。该软件能根据输入的磨削条件来模拟磨削加工过程,并以图表和曲线形式输出磨削结果。输出参数除了磨削基本参数外,还包括磨削力和磨削功率、表面粗糙度、磨削温度和砂轮的径向磨损等。最后把模拟结果与实验结果进行了比较,比较结果表明两者基本一致,这证明了模拟技术对磨削机理的研究和磨削结果的预测是行之有效的。     

基于静态小波分解的机加工表面图象滤波

由于在机械加工过程中机械振动和噪声回波的相干性，机加工表面图象上会存在白噪声，为了削弱这些噪声的影响，提出了一种基于静态小波分解的自适应阈值滤波方法，该方法首先将机加工图象分解至静态小波域。然后在静态小波域中将噪声的小波系数收缩至零，将此算法应用于机加工图象噪声滤波，并与基于Mallat分解的滤波算法和另外三种典型图象滤波算法进行比较，结果表明，该方法不仅可以有效的去除噪声，而且还可以保持图象的精密纹理结构。     

基于神经网络的智能刀具状态检测系统

可靠的在线刀具磨损状态检测是柔性制造系统、计算机集成制造系统以及自动化机床必不可少的一个环节。文中论述了用反传神经网络与一类模糊神经网络分析处理由力传感器和声发射传感器所测得的刀具状态信号，识别出刀具的磨损情况，从而进一步实现刀具磨损状态的在线检测，控制自动机床及时更换刀具。本研究对四种规格的钻头的磨损情况进行了全程检测，并比较分析了反传神经网络与模糊神经网络对这一问题的有效性。实验结果表明，这两种方法对处理刀具磨损状态检测均有显著的效果与很高的准确性。用一类模糊神经网络处理多传感器信息是实现刀具状态在线检测的一个极为有效的方法。     

基于声发射技术的铁路重载货车滚动轴承故障诊断研究

通过声发射检测技术对铁路重载货车滚动轴承故障进行不解体诊断,利用小波包分析技术对采集到的声发射信号进行分解和重构,提取故障信号的能量特征向量,将处理后的特征向量输入到BP神经网络进行滚动轴承故障模式识别,进而判断轴承是否发生故障以及故障的类型。经过使用大量的实际滚动轴承实验数据进行验证,其结果都表明了使用本文的方法的有效性。     

梯形螺纹振动辅助冷挤压工艺参数影响分析

为深入研究梯形螺纹振动辅助冷挤压机床的加工过程,延长挤压丝锥寿命以及提高梯形内螺纹质量,本文建立了一套基于虚拟仪器的专用在线监测系统。研究了不同挤压工艺参数下加工过程中的振动、声发射、扭矩以及温度信号,并通过对信号的分析处理,揭示了不同工艺参数与加工过程信号之间的内在联系。研究结果表明,随着主轴转速和润滑油黏度系数的提高,振动、声发射信号的均方根值不断提高,振动、声发射信号频率由低频向高频移动,扭矩和温度也不断提高。激振频率的最优值在18 Hz左右。     

发动机磨屑尺寸的分布模型及其应用

磨屑分析是研究零件摩擦表面破坏机理、监测机械磨损状态的主要方法之一。本文研制了一种将微机图象处理技术应用于铁谱技术的磨屑显微分析系统。根据对ＷＺ－６航空发动机长试过程的监测研究，提出了机械磨损磨屑尺寸的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布规律、研究证实，Ｗｅｉｂｕｌｌ函数的参数、磨粒分布的均值和方差等特征能够清楚地指示出发动机工作过程中的磨损类型和程度。在此基础上，本文以统计检验和Ｊ散度指标为依据，探讨了航空发动机运行时的磨损状态监测和故障诊断的方法。     

磨料有序排布钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的性能研究

通过优化排布金刚石磨料研制出钎焊单层金刚石端面砂轮.以硬质合金为加工对象,研究了该砂轮的磨削性能.结果显示连续干磨时,金刚石磨粒的失效形式主要是磨耗磨损和断裂两类,没有出现传统的电镀和烧结工具磨粒大量脱落的现象.这表明钎料合金对磨粒的高强度把持和砂轮的高耐用度.此外,工件的磨削表面获得了良好的粗糙度,理论预测的粗糙度数值和试验数值基本一致.     

麻花钻磨损振动信号的时域与频域特征分析

本文提出采用振动信号监测钻削过程中钻头的磨损状态。对主轴振动信号随钻头磨损而变化的时域和频域特征进行了实验研究和理论分析。实验表明:振动信号能够较好地反映切削过程中刀具的状态。随着刀具磨损的增加,振动信号的振幅增大,振动能量亦相应增加。信号的时域波形和谱结构表明刀具在即将发生剧烈磨损之前,将出现所谓“转速调制现象”,即与转速同步的振动信号被高频信号所调制。文中解释了这种现象发生的机理,并提出利用该特性进行钻头磨损监测和预报的方法。建立了以APPLE—Ⅱ微型机为主体的刀具磨损监测系统,实际监测试验表明监测系统具有很好的应用前景。     

片切磨削方法构造的自由曲面磨削支持系统

以操作者高效准确操作数控磨削中心为目的，开发了自由曲面磨削支持系统，进行了基于球头磨具的磨削中心基础研究。讨论了获得高精度曲面的加工要点，并提出了片切磨削方法。