基于多参量状态信息融合的刀具磨损状态智能识别

鉴于刀具磨损监控在自动化生产中的重要性,建立了基于切削力和基于相对切削时间的两种磨损检测模型．切削力模型是利用回归算法和模糊分类技术建立的,通过检测切削力信号可在线识别刀具磨损状态．基于相对切削时间模型利用回归技术直接建立刀具磨损量与切削参数及时间的关系,可在较大的切削条件变化范围内实现对刀具磨损的识别．     

基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法

为满足虚拟手术中软组织变形与手术模拟的真实性和实时性要求,提出了一种基于四面体网格和位置动力学的软组织切割模拟算法.首先,本算法以四面体作为软组织几何模型的基本操作单元,物理模型采用位置动力学模型驱动软组织变形,四面体网格的凸包形成软组织的外表面.其次,本算法对位置动力学模型进行了扩展,支持了模型拓扑改变的情况,使其适用于软组织的切割模拟.再次,利用支持纹理信息的四面体网格作为几何模型,能生成细节丰富的切口.最后,在该算法上实现了力反馈设备的应用,增加了切割过程中的触觉模拟,增强了虚拟手术中手术环境和过程模拟的真实性.实验表明:该模型能提供真实和高效的变形模拟,并具有较高稳定性和可操作性.本算法目前已应用在北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发的医学手术模拟器上.合作医院在使用模拟器进行的腹腔镜检查手术方面已经做了前导性的研究,医生对模拟器评价也较高.      

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。     

金属切削数据库系统的设计

本文首先研究设计了金属切削数据库系统的总体构成,该系统包含从切削数据的采集、管理、优化到切削加工专家系统的多方面功能。并根据实际加工需要定义了各功能的具体内容和用途,分析了各功能块之间的信息传递关系。其次,在分析切削数据之间联系的基础上,设计了金属切削数据的实体模型(E—R图)。然后,用关系数据模型描述了切削数据实体之间、属性之间的联系,通过棋式分解设计了规范化的离散型金属切削数据库的结构。该结构包含切削用量数据库、刀具几何形状数据库、切削液数据库和单位切削功率数据库,由此组成的金属切削数据库避免了插入、删除异常,减少了数据冗余,提高了存贮和存取效率。     

切削过程优化问题的边界极值解法

本文首先讨论切削过程优化问题目标函数的极值问题,并完成切削过程优化问题目标函数无极值的证明,给出了在刀具耐用度满足泰勒公式条件下的特例证明。在此基础上提出了该类问题的边界极值解法,把两维空间内的求极值问题转化为一维问题求解,大大减小了计算量。本文还讨论了边界极值求解方法在计算机实现过程中若干问题,包括约束分类方法、约束边界的组合方法、约束边界在计算机内的表达方式等问题。本文最后给出了一个应用边界相比求解的实际例子,并与采用传统的数学规划求解方法进行了比较。结果表明,两者计算结果一致,采用边界极值法的计算速度比数学规划方法提高了一个数量级。     

裁剪曲面的三轴铣削加工刀具轨迹的干涉处理

在分析国内外三坐标数控加工刀具轨迹干涉检查和消除算法的基础上,提出了一种适合于球头刀、平底刀和圆角刀的刀具轨迹干涉检查和消除的算法,该算法将刀具看成解析曲面,裁剪曲面由三角片逼近表示,将刀具轨迹干涉检查与消除的问题转化为刀具曲面与三角片的相关性测试.算法计算简单,并在超人CAD/CAM集成系统中得以实现.     

弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的半变性法

以预置的传动误差曲线为目标,提出了弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的半变性法.以局部综合原理为基础,先初步确定小轮加工参数并进行齿面接触分析(TCA),将结果曲线与预置曲线对比后,再微调切削速比和三阶变性系数以缩小两者之间的差距.采用半变性法对某航空弧齿锥齿轮副的传动误差曲线进行了优化,研究发现:切削速比与传动误差曲线开口大小有关,三阶变性系数与传动误差曲线整体歪斜程度有关.优化后的传动误差曲线与预置曲线吻合度较好,且接触印痕满足设计要求,证明了半变性法的有效性.      

机匣包容试验的叶片根部爆破飞断方法

在航空发动机包容试验中,为满足叶片在根部失效的要求,设计了基于爆破切割技术的叶片根部飞断试验方法。通过平板静态爆破试验确定了柔爆索的切割能力,并使用柔爆索进行了真实叶片的静态爆破试验。在MTS拉伸试验机上对爆破切割后的损伤叶片进行了静拉伸试验,确定了损伤叶片的剩余强度为50～56 kN。按照静态爆破试验获得的开槽尺寸在叶片根部开槽并敷设柔爆索,采用树脂胶固定后,在立式转子试验器上采用遥控触发的方式进行了真实叶片旋转状态下的飞断试验。结果表明：在叶片两侧加工4 mm深沟槽并敷设柔爆索爆破后,叶片被柔爆索切割,并在预定飞断转速下失效飞出。飞断截面断口显示叶片中段被柔爆索的金属射流完全切断,前后缘在离心载荷作用下拉断,爆破作用没有对叶片产生附加动能,成功实现了叶片在预定转速下的根部断裂失效。     

金属零件切削加工中刀具前角的合理选用原则

分析了金属零件切削加工中刀具前角大小对加工过程中切削力、刀具耐用度、切削温度等方面的影响,提出了合理前角的概念,给出了工作中合理选用前角的原则。     

铝7075介观尺度切削过程的仿真研究

基于位错机制的应变梯度(MSG)塑性理论,采用任意拉格朗日一欧拉ALE算法,建立了铝合金介观尺度切削过程的仿真模型,并通过试验对仿真模型进行了验证.结果表明:PCD刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为刀具钝圆半径的0.25～0.3倍;材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应,并且使单位切削力随着进给量的减小明显增大.