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磁悬浮铣削电主轴时变质量系统的旋转惯性特性
1
作者 康辉民 席家乐 +1 位作者 刘厚才 段良辉 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第4期954-964,共11页
针对磁悬浮铣削电主轴在切削加工过程中因切屑不断进入、离开刀具容屑槽导致系统质量大小和分布不断变化,进而引起系统动力学特性的非线性变化问题,首先,依据金属连续切削原理求得单个切屑质量,并结合连续梁振动理论,应用有限单元法建... 针对磁悬浮铣削电主轴在切削加工过程中因切屑不断进入、离开刀具容屑槽导致系统质量大小和分布不断变化,进而引起系统动力学特性的非线性变化问题,首先,依据金属连续切削原理求得单个切屑质量,并结合连续梁振动理论,应用有限单元法建立“磁悬浮轴承-电主轴-刀具-切屑”时变质量系统的动力学模型;然后,采用龙格库塔法对系统的运动微分方程进行求解,分析切屑从进入到离开容屑槽的整个过程,切屑质量变化对系统固有频率、振型的影响规律;进而探索由时变切屑质量所引起的旋转惯性载荷、陀螺力矩、切削力、磁悬浮轴承电磁力等激励下的系统振动响应规律;最后,利用MATLAB软件对系统进行仿真求解.结果表明:切屑质量从0增大到2.08×10^(-5)kg时,系统前三阶临界转速分别下降约2.3、0.7、0.3 r/min,可知时变切屑质量对系统固有特性影响较小;旋转惯性载荷对系统的动态响应有较大影响,尤其是对切削加工点,使切削点的径向振动响应和角向振动响应的幅值分别出现0~9.7×10^(-7)m和0~2.5×10^(-5)rad不等的增大,还使加工点处径向振动和角向振动平衡位置的偏移距离分别增加约5.1×10^(-7)m和9.3×10^(-6)rad. 展开更多
关键词 磁悬浮电主轴 时变质量 旋转惯性特性 固有特性分析 振动响应
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基于图和体分解的异型零件加工特征识别方法 被引量：4
2
作者 李旺 刘厚才 +5 位作者 康辉民 欧阳智海 曹正 周岳 蒋冠 段良辉 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期545-553,共9页
针对异型零件具有众多复杂的相交特征,加工特征难以自动识别,进而影响其高效、高质量自动编程设计的问题,提出了一种基于图和体分解的加工特征识别方法。首先,以STEP中性文件作为输入,获取异型零件的几何、拓扑信息,以构造其毛坯特征和... 针对异型零件具有众多复杂的相交特征,加工特征难以自动识别,进而影响其高效、高质量自动编程设计的问题,提出了一种基于图和体分解的加工特征识别方法。首先,以STEP中性文件作为输入,获取异型零件的几何、拓扑信息,以构造其毛坯特征和体积特征;同时,采用布尔减运算得到异型零件的加工体积特征,并将其分解为只含凸边关系的单一特征。然后,设计了一种基于特征面关系的几何特征矩阵(geometric feature matrix, GFM)和拓扑特征矩阵(topological feature matrix, TFM)构建方法,其中GFM侧重描述零件模型中面与面之间的位置关系,TFM侧重描述零件模型中面与面之间相邻的凹凸性,该方法较好地解决了传统属性邻接矩阵(attribute adjacency matrix, AAM)易出现无法准确表达零件加工特征的问题。最后,将异型零件的GFM和TFM与加工特征库进行匹配,以实现其加工特征的识别。在Visual Studio 2019平台中开发基于图和体分解的异型零件加工特征识别系统并开展验证实验。结果表明,所提出的方法能准确识别异型零件的所有加工特征,这可为异型零件加工工艺的自动编制和智能制造提供理论依据。 展开更多
关键词 异型零件 加工特征 相交特征 体分解 特征矩阵
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考虑系统振动的电主轴回转误差检测方法研究 被引量：2
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作者 蒋冠 刘厚才 +7 位作者 康辉民 胡灿 周岳 曹正 欧阳智海 李旺 段良辉 曾海燕 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期740-747,828,829,共10页
针对目前机床主轴的回转精度检测不能反映主轴在切削工况下的实际回转精度、现有三点法检测的主轴回误差信号包含了系统振动信号的问题,在传统三点法的基础上加入振动加速度传感器,实时测量系统的振动加速度,进而提出一种包含系统振动... 针对目前机床主轴的回转精度检测不能反映主轴在切削工况下的实际回转精度、现有三点法检测的主轴回误差信号包含了系统振动信号的问题,在传统三点法的基础上加入振动加速度传感器,实时测量系统的振动加速度,进而提出一种包含系统振动信号分离的新型三点法。首先,通过建立考虑系统振动的回转误差检测数学模型,得到系统的振动位移和传感器相对主轴的绝对位移;其次,采用误差分离技术,得到主轴在切削工况下的实际回转误差;最后,研制出一套主轴在切削工况下的回转误差检测装置并进行了实验验证。研究结果表明,所提出方法能有效提高主轴在切削工况下回转误差的检测精度。 展开更多
关键词 机床主轴 回转误差 在线检测 误差分离
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弧焊机器人针对V形坡口的焊接路径规划设计与仿真分析
4
作者 刘志诚 康辉民 +3 位作者 刘厚才 欧阳普仁 崔正杰 段良辉 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期457-465,共9页
为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题,通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性,采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层,实现焊接过程热量的快速散... 为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题,通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性,采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层,实现焊接过程热量的快速散发。同时,在建立各轨迹方程解析式的基础上,应用Simufact Welding和MATLAB仿真软件对比分析了空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹与传统逐层逐道焊的优缺点。为了进一步验证可行性,采用FANUC工业机器人进行试验。仿真和试验结果表明:以零件y、z轴方向的变形量为依据,空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹都优于传统的逐层逐道焊接方法,且后者更优于前者。但空间平行往复轨迹在轨道变换过程中机器人末端执行器的空间位姿调整相对简单、引入误差少、控制精度高,更适合于坡口较窄、长度较短的情况;而空间轮廓偏置轨迹更适用于坡口较宽,长度较长的情况。 展开更多
关键词 V形坡口 空间平行往复轨迹 空间轮廓偏置轨迹 焊道堆积 路径规划
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磁悬浮铣削电主轴时变质量系统动力学模型与切削稳定性分析
5
作者 席家乐 康辉民 +4 位作者 刘厚才 刘思源 段良辉 沈相君 何瑞荣 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第10期1816-1823,共8页
磁悬浮电主轴铣削加工时,由时变切屑质量高速旋转产生的时变不平衡离心力,会导致加工表面形成再生颤振。针对这一问题,采用构建稳定性叶瓣图的方法,对铣削系统进行了稳定性预测。首先,分析并建立了动态铣削力、时变不平衡离心力以及主... 磁悬浮电主轴铣削加工时,由时变切屑质量高速旋转产生的时变不平衡离心力,会导致加工表面形成再生颤振。针对这一问题,采用构建稳定性叶瓣图的方法,对铣削系统进行了稳定性预测。首先,分析并建立了动态铣削力、时变不平衡离心力以及主动磁轴承电磁力的数学模型,构建了磁悬浮电主轴铣削加工系统动力学模型;然后,采用全离散化方法得到了铣削加工系统的稳定性叶瓣图;最后,利用MATLAB数值计算平台对系统的切削稳定性进行了分析,得到了时变质量特性以及磁悬浮轴承电磁力对系统切削稳定性的影响规律。研究结果表明:在叶瓣1、叶瓣2、叶瓣3、叶瓣4处,时变系统的极限轴向切深对比定常系统分别下降了0.005 mm、0.010 mm、0.022 mm、0.033 mm,证明时变不平衡离心力会导致系统的切削稳定性降低,并且主轴转速越高,其影响越大;磁轴承力-位移刚度分别为k_(q)=-2×10^(5) N/m、k_(q)=-2×10^(6) N/m、k_(q)=-2×10^(7) N/m时,系统的极限轴向切深分别为0.37 mm、0.55 mm、1.45 mm,证明通过增大磁轴承的力-位移刚度可使系统的切削稳定性得到增强。 展开更多
关键词 磁悬浮轴承 稳定性叶瓣图 动态铣削力 时变不平衡离心力 主动磁轴承电磁力 数学模型
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磁悬浮铣削电主轴变质量系统的动态响应分析
6
作者 邓洋 康辉民 +3 位作者 刘厚才 段良辉 袁玉禄 王振 《机电工程》 2025年第11期2096-2106,共11页
铣床磁悬浮铣削电主轴在切削过程中,会因切屑周期性进入与脱离容屑槽,从而引发附加时变质量效应,并且对系统动力学特性产生影响。针对铣床切削过程中,磁悬浮铣削电主轴系统质量变化引起的非线性振动问题,进行了磁悬浮铣削主轴变质量系... 铣床磁悬浮铣削电主轴在切削过程中,会因切屑周期性进入与脱离容屑槽,从而引发附加时变质量效应,并且对系统动力学特性产生影响。针对铣床切削过程中,磁悬浮铣削电主轴系统质量变化引起的非线性振动问题,进行了磁悬浮铣削主轴变质量系统的动态响应特性研究。首先,应用Rayleigh梁-轴模型建立了磁悬浮铣削电主轴变质量系统的动力学模型;然后,采用模态叠加法和龙格-库塔法进行了数值求解;最后,通过对比恒定质量系统与变质量系统的仿真结果,得到了变质量系统振动的变化规律。研究结果表明:1)质量变化范围为0 mg~26 mg和0 g~0.43 g时,系统固有频率变化范围分别为0 Hz~0.95 Hz和0 Hz~17.4 Hz,说明系统固有频率变化范围与系统质量变化范围呈正相关关系,即随模态阶数升高而增大;2)正常切削情况下,恒定质量系统与变质量系统的时间函数幅值之差分别为1.29μm、-1.53μm、-0.76μm和-0.81μm,说明质量变化会激发高阶振型,使振动响应受到多模态作用;3)在累积切屑瞬时抛出时,铣床刀具端的振幅突增4.5μm,并在3 kHz~4 kHz之间出现高频分量,说明质量突变会诱发系统振动幅值增大及高频振动响应。 展开更多
关键词 系统动力学模型 Rayleigh梁-轴模型 龙格-库塔法 非线性振动响应特性 切屑质量模型 变质量力和切削力 径向电磁支撑力 固有频率 振动位移
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不均匀气隙对磁悬浮电主轴系统不平衡磁拉力的影响研究
7
作者 袁玉禄 刘厚才 +4 位作者 康辉民 段良辉 邓洋 王振 李云松 《机电工程》 2025年第11期2037-2049,共13页
针对磁悬浮电主轴系统中不均匀气隙引起的磁拉力不平衡问题,对不均匀气隙对不平衡磁拉力的影响进行了理论推导和仿真分析研究。首先,分析了不均匀气隙产生的原因,以微元积分法为基础,建立了转子平动、锥动及弯曲下的不均匀气隙模型;然后... 针对磁悬浮电主轴系统中不均匀气隙引起的磁拉力不平衡问题,对不均匀气隙对不平衡磁拉力的影响进行了理论推导和仿真分析研究。首先,分析了不均匀气隙产生的原因,以微元积分法为基础,建立了转子平动、锥动及弯曲下的不均匀气隙模型;然后,结合虚功理论及Rayleigh梁理论等理论,分别建立了不同转子运动状态下磁悬浮轴承和电机的不平衡磁拉力模型;最后,利用Maxwell仿真平台,对系统不同运动特征下的气隙大小、气隙形状和磁饱和现象对电磁力分布的影响,以及电磁力在整体上的分布进行了数值仿真与分析。研究结果表明:当气隙减小至0.03 mm时,磁极中会出现磁饱和现象,导致电磁力波动;其中,转子平动时产生的不平衡电磁力波动最为显著,且其方向始终指向气隙减小的一侧;不同转子运动状态均可在电磁力分布中得到反映。这证明了气隙长度是决定不平衡电磁拉力大小的主要因素,而气隙形状则是影响磁拉力方向的关键因素,且磁拉力分布情况与转子运动状态密切相关。 展开更多
关键词 磁悬浮轴承 不均匀气隙 不平衡磁拉力 气隙长度 气隙形状 磁饱和
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