机床主轴热设计研究综述 被引量：33

1

作者 邓小雷 林欢 +2 位作者 王建臣 谢长雄 傅建中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1415-1429,共15页

机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件,其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度,是影响机床精度提升的最重要因素。因此,在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响,对于... 机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件,其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度,是影响机床精度提升的最重要因素。因此,在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响,对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中,国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索,基于热设计的过程可以分成三部分内容:热态特性分析方法,热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性(如温度场分布、热变形、热平衡时间等)建模与分析获取必要的参数,然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施,获得较佳的主轴热态特性,最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果,整个过程循环直至达到满意结果为止。本文以此为脉络展开,分别探讨了三部分内容的国内外典型研究现状、主要研究内容和所存在的优缺点,并对未来的研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 机床 主轴 热设计 热误差 热态特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

数控机床主轴-立柱系统热态特性分析与测试 被引量：17

2

作者 邓小雷 戴温克 +2 位作者 周翎飞 周宜博 傅建中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期601-609,共9页

针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来... 针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来获取主轴与空气间的传热系数。为了验证主轴-立柱系统耦合分析模型的有效性,本文设计并搭建了数控机床热态特性试验平台,以具体数控机床为研究对象获得了其主轴-立柱系统的温度场分布、热变形以及热平衡时间等热态特性。试验结果表明:各测点数据中温度的最长绝对误差和最大相对误差分别为0.71℃,2.94%,出现在主轴体的测点处,热变形的绝对误差和相对误差分别为1.49μm,8.71%,采用风速法建立的主轴-立柱系统耦合分析模型所获得的热态特性与试验获得的结果基本一致。本文的研究成果为数控机床减少热误差,提高精度保持性提供了参考。 展开更多

关键词 数控机床 主轴-立柱系统 风速法 耦合分析 热态特性 精度保持性

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于昆虫翅脉仿生流道的数控机床主轴系统冷却结构热设计 被引量：8

3

作者 邓小雷 庞世杰 +3 位作者 李瑞琦 周宜博 王建臣 傅建中 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期583-589,共7页

主轴系统的热误差是影响数控机床加工精度的主要因素。根据自然界昆虫的翅脉结构,设计了一种基于鳞翅目昆虫翅脉仿生流道的新型主轴系统冷却结构。建立了昆虫翅脉仿生流道冷却结构模型,在数值传热学相关理论基础上,通过Fluent有限元软... 主轴系统的热误差是影响数控机床加工精度的主要因素。根据自然界昆虫的翅脉结构,设计了一种基于鳞翅目昆虫翅脉仿生流道的新型主轴系统冷却结构。建立了昆虫翅脉仿生流道冷却结构模型,在数值传热学相关理论基础上,通过Fluent有限元软件对传统螺旋形流道和新型昆虫翅脉仿生流道冷却结构进行流固耦合仿真对比分析,结果显示后者比前者具有更好的散热效果和流动特性:在相同边界条件下,冷却液最大流速约为1.839m/s,出入口压降为3 181Pa,加热面最高温度降低了约17.8%、最低温度降低了约4.6%,且冷却结构的温度场分布更均匀。研究结果可为数控机床主轴系统冷却结构的热设计提供参考。 展开更多

关键词 仿生流道 主轴系统 冷却结构 热设计 流固耦合 热态特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

数控机床主轴系统多体拓扑优化研究 被引量：5

4

作者 邓小雷 盛泽枫 +3 位作者 张江林 林欢 王建臣 谢长雄 《制造技术与机床》 北大核心 2018年第10期91-94,共4页

针对某机床公司生产的精密数控曲面磨床主轴系统的刚度和强度开展了有限元静力学分析,得到了主轴系统的von-Mises应力云图和位移云图,结果表明该主轴系统结构能够很好地满足强度要求,但是材料分布不够合理。在此基础上,对主轴系统进行... 针对某机床公司生产的精密数控曲面磨床主轴系统的刚度和强度开展了有限元静力学分析,得到了主轴系统的von-Mises应力云图和位移云图,结果表明该主轴系统结构能够很好地满足强度要求,但是材料分布不够合理。在此基础上,对主轴系统进行了多体拓扑优化,优化后的新结构最大应力为6.2367 MPa、最大变形为5.19μm,满足强度和刚度的要求,且主轴体减少了约20.6%的体积和约20.0%的质量,有效地实现了对主轴系统的轻量化设计,为数控机床结构设计与优化提供了有益的参考。 展开更多

关键词 主轴系统 多体 拓扑优化 有限元法 轻量化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

流体辅助共注成型制品层厚的超声无损测量 被引量：2

5

作者 杨伟民 赵朋 +2 位作者 匡唐清 傅建中 陈子辰 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期192-197,共6页

针对已成型的多层聚合物制品中不同聚合物层厚度,提出基于超声波脉冲反射的测量方法.根据超声波在分界面的反射和透射规律,建立超声波在不同介质分界面的反射波声压幅值与声阻抗的关系.通过测量超声波在各层聚合物分界面的反射回波的声... 针对已成型的多层聚合物制品中不同聚合物层厚度,提出基于超声波脉冲反射的测量方法.根据超声波在分界面的反射和透射规律,建立超声波在不同介质分界面的反射波声压幅值与声阻抗的关系.通过测量超声波在各层聚合物分界面的反射回波的声压幅值,计算各层聚合物的声阻抗,再除以该层聚合物的密度计算声速.将声速乘以测量得到的各界面反射回波的时间差,可以计算制品的各层壁厚.研究表明,与扫描电镜的测量方法相比,采用超声波方法测量得到的流体辅助共注成型制品各层壁厚有较好的精度,分层误差不大于4.5%,总厚度误差约为1.6%. 展开更多

关键词 流体辅助共注成型 超声技术 脉冲反射 无损测量 壁厚

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于不规则元胞的主轴温度-结构场耦合热拓扑优化设计方法 被引量：3

6

作者 邓小雷 盛泽枫 +4 位作者 张江林 吕笑文 贺忠 王建臣 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期23-32,共10页

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用... 为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化.通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度.利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度-结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性. 展开更多

关键词 不规则元胞 主轴 混合元胞自动机法 温度-结构场耦合 拓扑优化 热拓扑设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

注射成形中聚合物熔体黏度的在线测量装置 被引量：2

7

作者 张剑锋 赵朋 +2 位作者 周宏伟 傅建中 陈子辰 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1474-1480,共7页

设计并制造在线测量注射成形过程中聚合物熔体黏度变化的装置.在测量装置中,非等温高剪切流变模具的型腔结构设计成厚度为1 mm或2 mm的狭缝,底部不封口,维持熔体的持续流动;在流动中心线上沿流动方向布置一组压力传感器实时检测聚合物... 设计并制造在线测量注射成形过程中聚合物熔体黏度变化的装置.在测量装置中,非等温高剪切流变模具的型腔结构设计成厚度为1 mm或2 mm的狭缝,底部不封口,维持熔体的持续流动;在流动中心线上沿流动方向布置一组压力传感器实时检测聚合物熔体在模具型腔中的压力变化情况,并使用模温机控制模具温度.使用PXIe采集系统采集、显示、记录实验数据.实验通过压力传感器测量得到不同位置熔体压力,根据修正的牛顿黏性定律计算熔体黏度,并与Cross-WLF模型的理论值进行对比.实验结果表明:所设计的模具安全可靠,可获得低密度聚乙烯(LDPE)熔体在注射成形过程中熔体压力的变化情况,从而可以计算出材料在成形过程中的表观黏度演化情况.实验测量结果与理论值在剪切速率大于500 s^-1的高剪切速度范围内较吻合,误差均在18%以内,最小为4%.该装置能满足真实成形条件下聚合物熔体信息的在线检测要求. 展开更多

关键词 聚合物 注射成形 流变 模具 黏度 在线检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于改进的自适应渐消UKF机床主轴热平衡试验 被引量：2

8

作者 余文利 邓小雷 +1 位作者 姚鑫骅 傅建中 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期363-373,共11页

数控机床的主轴热平衡试验是进行热误差建模和补偿的必要手段,是准确获得数控机床主轴的热敏感点、温度场和热位移以及热平衡时间等热态特性的方法。本文提出一种基于改进的自适应渐消无迹卡尔曼滤波(Adaptive fading unscented Kalman ... 数控机床的主轴热平衡试验是进行热误差建模和补偿的必要手段,是准确获得数控机床主轴的热敏感点、温度场和热位移以及热平衡时间等热态特性的方法。本文提出一种基于改进的自适应渐消无迹卡尔曼滤波(Adaptive fading unscented Kalman filter,AFUKF)的快速辨识机床主轴选点温升的方法。首先,在标准UKF中引入渐消因子,使用残差归一化自动更新渐消因子,并将其引入增益矩阵,增强测量值在计算中的权重;其次,通过使用自适应规则,动态调整过程噪声和测量噪声协方差阵,减少外部扰动对温升预测的影响,以获得更好的滤波性能。仿真结果表明,提出的机床主轴温升快速辨识方法可以在很短的时间内预测选点的温升,且预测结果与热平衡试验结果吻合,验证了本文方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 数控机床 主轴温升 快速辨识 自适应渐消无迹卡尔曼滤波 热平衡试验

在线阅读 下载PDF 职称材料

数控机床主轴热误差测点优化及建模技术研究 被引量：4

9

作者 王建臣 林思琦 +2 位作者 沈雨欣 谢长雄 邓小雷 《航空制造技术》 2019年第6期41-46,59,共7页

为了减少热误差对数控机床加工精度的影响,首先利用热成像仪初步找出机床温升明显的位置,然后利用灰色理论对16个温度测点的试验数据进行优化处理,找出与热误差关联度较高的测点;将优选出的温度测点数据和实测的Z轴热误差数据进行划分,... 为了减少热误差对数控机床加工精度的影响,首先利用热成像仪初步找出机床温升明显的位置,然后利用灰色理论对16个温度测点的试验数据进行优化处理,找出与热误差关联度较高的测点;将优选出的温度测点数据和实测的Z轴热误差数据进行划分,采用GM (1,n)灰色预测和BP神经网络建立热误差预测模型,并在试验机床上进行验证。试验结果表明:采用灰色GM (1, n)模型预测结果与实际测量平均相对误差为10.17%,采用BP神经网络预测与实测结果平均相对误差为5.19%,优于灰色GM (1,n)预测,能起到提高热误差预测精度的作用。 展开更多

关键词 数控机床 灰色理论 温度测点优化 关联度 BP神经网络 热误差预测

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于机器视觉的机器人装配位姿在线校正算法 被引量：27

10

作者 董大钊 徐冠华 +2 位作者 高继良 徐月同 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期145-152,共8页

为了解决柔性夹具夹取异形零件过程中工件与夹具相对位置具有不确定性的难题,提出基于机器视觉的机器人装配位姿在线校正算法.通过图像预处理及零件表面特征提取,建立工件位姿向量.通过系统建模、误差分析及函数拟合,将工件位姿校正量... 为了解决柔性夹具夹取异形零件过程中工件与夹具相对位置具有不确定性的难题,提出基于机器视觉的机器人装配位姿在线校正算法.通过图像预处理及零件表面特征提取,建立工件位姿向量.通过系统建模、误差分析及函数拟合,将工件位姿校正量分解为原始位姿差、旋转引入位姿差及残余位姿差三部分,将三部分位姿差进行线性组合作为零件位姿误差补偿量反馈给机器人,以引导机器人完成装配.为了验证算法的有效性,以涡旋式汽车空调压缩机动盘装配为例,设计机器人手眼装配系统进行实验.实验结果表明,该系统能够保证校正后的零件位姿与目标位姿角度偏差和x及y方向位置偏差分别小于0.6°和0.6 mm,平均装配时间小于20 s,实验过程中装配成功率达到99.67%. 展开更多

关键词 工业机器人 自动装配 视觉引导 位姿检测 误差分析 姿态校正

在线阅读 下载PDF 职称材料

抗磁性高密度物质的磁悬浮密度测量方法 被引量：6

11

作者 张承谦 赵朋 +2 位作者 颉俊 夏能 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期613-618,共6页

为了克服现有磁悬浮密度测量方法存在测量范围小(0.8~2.3g/cm3)的缺点,提出全新的针对抗磁性高密度物质的密度测量方法.该方法将高密度物质通过一定长度的细线悬挂,并将高密度物质置于水平放置的磁悬浮装置中,高密度物质在重力、浮力、... 为了克服现有磁悬浮密度测量方法存在测量范围小(0.8~2.3g/cm3)的缺点,提出全新的针对抗磁性高密度物质的密度测量方法.该方法将高密度物质通过一定长度的细线悬挂,并将高密度物质置于水平放置的磁悬浮装置中,高密度物质在重力、浮力、拉力和磁力的综合作用下产生横向悬浮位移.在分析顺磁溶液中物质受力情况的基础上,建立物质横向悬浮位移与密度的关联函数关系,基于该函数关系实现高密度物质密度的精确测量.实验结果表明,采用该方法可以测量小尺寸高密度样品(如铜、铝和玻璃等)的密度,测量精度为0.028~0.165g/cm3.随着样品密度的增加,测量偏差呈现增大的趋势. 展开更多

关键词 抗磁性物质 密度测量 高密度 磁悬浮 精确测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向电弧增材的单线激光扫描路径规划 被引量：4

12

作者 靳佳澳 沈洪垚 +2 位作者 孙扬帆 林嘉浩 陈静霓 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期21-31,共11页

为了在电弧增材制造(WAAM)过程中获取零件的形貌尺寸信息,以CAD模型作为输入,通过实验分析单线激光扫描仪的工作约束条件,实现基于单线激光的零件外形扫描路径生成算法,开展仿真与实验验证.通过多组实验获取合适的扫描距离和扫描角度作... 为了在电弧增材制造(WAAM)过程中获取零件的形貌尺寸信息,以CAD模型作为输入,通过实验分析单线激光扫描仪的工作约束条件,实现基于单线激光的零件外形扫描路径生成算法,开展仿真与实验验证.通过多组实验获取合适的扫描距离和扫描角度作为路径规划约束,针对输入模型迭代使用最大连通区域求解算法、求解最小投影矩形、等重叠路径规划等多种方法生成单次扫描路径.对单条路径优化,使用最近点搜索和碰撞检测算法,串联生成机器人末端运动轨迹,借助仿真对轨迹进行修正.实验结果证明,该路径规划方法对电弧增材零件能够达到较好的测量精度、效率及覆盖率.测量结果可以为后续增减材复合制造过程提供丰富的轮廓信息. 展开更多

关键词 电弧增材制造 单线激光测量 扫描约束 路径规划 误差分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于视觉Transformer时空自注意力的工人行为识别 被引量：3

13

作者 陆昱翔 徐冠华 唐波 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期446-454,共9页

针对人机协作特殊场景中工人行为识别的问题,提出基于Transformer网络的视频人体行为识别模型,利用Transformer网络核心的自注意力机制,减少网络的结构复杂度,提升网络的性能.模型在提取图像空间特征的基础上,增加时间特征的分析,从空... 针对人机协作特殊场景中工人行为识别的问题,提出基于Transformer网络的视频人体行为识别模型,利用Transformer网络核心的自注意力机制,减少网络的结构复杂度,提升网络的性能.模型在提取图像空间特征的基础上,增加时间特征的分析,从空间和时间2个维度实现对视频数据的处理.在处理后的数据中提取分类向量传入分类模块,得到最终的识别结果.为了验证模型的有效性,分别在公开数据集UCF101和实验室采集的工人常规行为(自建)数据集上进行人体行为识别实验.实验结果显示,在UCF101上模型平均识别准确率为93.44%,在自建数据集上模型平均识别准确率为98.54%. 展开更多

关键词 人机协作 TRANSFORMER 时空自注意力 工人行为 行为识别

在线阅读 下载PDF 职称材料