簡(jiǎn)介：高速數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)典型尖端設(shè)備，其發(fā)展水平是評(píng)定綜合國(guó)力重要標(biāo)志，動(dòng)態(tài)性能較差、監(jiān)控困難是制約我國(guó)高速數(shù)控機(jī)床發(fā)展的重要因素。高速數(shù)控車床加工是多種制造資源相互聯(lián)接與作用構(gòu)成的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有整體性、非平衡性、時(shí)變性、混沌性等復(fù)雜系統(tǒng)特點(diǎn)，從測(cè)控學(xué)科視角出發(fā)，應(yīng)采用復(fù)雜系統(tǒng)理論研究并完成監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要成果如下（1）在分析高速數(shù)控車床動(dòng)態(tài)性能及其監(jiān)控復(fù)雜性來源、呈現(xiàn)特點(diǎn)及CA對(duì)高速數(shù)控車床動(dòng)態(tài)性能研究適用性基礎(chǔ)上，從動(dòng)態(tài)性能演化根源振動(dòng)出發(fā)研究其變化規(guī)律，建立高速數(shù)控車床主軸動(dòng)態(tài)性能二維概率型CA模型，并通過MATLAB仿真得出了振動(dòng)強(qiáng)度可變性、振動(dòng)敏感點(diǎn)位置可變性、異相振動(dòng)邊界可變性等動(dòng)態(tài)性能演化規(guī)律。（2）用ANSYSWKBENCH對(duì)高速數(shù)控車床主軸數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力分析，將分析結(jié)果與CA模型仿真結(jié)果對(duì)比，證明CA模型建模仿真正確性。（3）為了解決復(fù)雜工況條件下數(shù)控車床主軸系統(tǒng)監(jiān)測(cè)敏感點(diǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)整問題，提出采用元胞自動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能監(jiān)控總體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)研究了影響整體動(dòng)態(tài)性能的監(jiān)測(cè)敏感點(diǎn)確定方法和實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)合主軸系統(tǒng)CA演化規(guī)律和具體監(jiān)測(cè)要求，確定傳感器類型、安裝位置和采集策略；為降低信號(hào)噪聲、提取動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，采用去除多項(xiàng)式趨勢(shì)和統(tǒng)計(jì)、時(shí)域、頻域等信號(hào)處理方法，得到了敏感點(diǎn)的振動(dòng)特征參數(shù)；結(jié)合復(fù)雜工況條件下工藝參數(shù)，將利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的輸出結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果比較判斷影響敏感點(diǎn)振動(dòng)的因素，為控制決策提供依據(jù)。（4）采用VISUALC與MATLAB完成數(shù)控車床動(dòng)態(tài)性能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并對(duì)空轉(zhuǎn)及切削條件下主軸敏感點(diǎn)振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，分析表明CA模型用于挖掘數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能演化規(guī)律具有可行性，并驗(yàn)證了確定的監(jiān)測(cè)敏感點(diǎn)的合理性及實(shí)用性。集復(fù)雜系統(tǒng)建模分析、數(shù)字樣機(jī)仿真測(cè)試及敏感特征點(diǎn)試驗(yàn)于一體的動(dòng)態(tài)性能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)，對(duì)提高監(jiān)控能力、優(yōu)化監(jiān)控過程具有極其重要的作用，為復(fù)雜裝備性能監(jiān)控和健康維護(hù)提供一種新思路。

簡(jiǎn)介：在我國(guó)的加工制造業(yè)中，普通車床在企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，可以加工各種軸類零件，曾經(jīng)在我國(guó)的機(jī)械加工中，占據(jù)重要地位，但普通車床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)化加工程度比較低，因此它的生產(chǎn)效率低，對(duì)于形狀復(fù)雜、對(duì)精度要求精密的零件，很難適用。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)的加工制造中，占據(jù)的地位越來越重，機(jī)床的數(shù)控化、自動(dòng)化成為機(jī)床業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。普通車床的數(shù)量在機(jī)械加工業(yè)中，仍然很多，因此，對(duì)現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，成為節(jié)省成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。對(duì)職業(yè)院校和企業(yè)現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造后，既能滿足生產(chǎn)與實(shí)訓(xùn)的需要，又能節(jié)省很多經(jīng)費(fèi)，對(duì)企業(yè)和職校的發(fā)展，起到很大的促進(jìn)作用。本文對(duì)普通車床的數(shù)控化改造過程做了深入的設(shè)計(jì)和研究，對(duì)普通車床的改造主要從機(jī)械、電氣這兩個(gè)方面開展的。在本次設(shè)計(jì)中，主要做了以下工作對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析和研究制定了普通車床改造的整體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)車床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了選擇對(duì)普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，對(duì)縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)中各個(gè)重要部件，設(shè)計(jì)與計(jì)算論證制定了機(jī)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)與選型方案，特別是刀架中蝸桿、蝸輪、蝸輪軸和中心軸等部件，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算與選型通過對(duì)機(jī)床電氣部分的改造，使機(jī)床的電器線路變得簡(jiǎn)單、易于操作對(duì)改造后的機(jī)床進(jìn)行了安裝調(diào)試，并對(duì)其幾何精度和定位精度等進(jìn)行了檢驗(yàn)，通過檢測(cè)后，本次改造的車床在加工性能、加工精度和加工零件的效率等方面都得到了很大的提高。通過以上改造和試加工的結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的改造方案是成功的，我校的普通車床經(jīng)過數(shù)控改造后，可以滿足日常實(shí)訓(xùn)和技能大賽訓(xùn)練的需要，機(jī)床操作方便、改造成本不高、切削性能穩(wěn)定，加工范圍和精度得到了很大的提高，既為學(xué)校節(jié)省了成本，也為學(xué)校的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)增加了設(shè)備，達(dá)到了改造的要求和目的。

簡(jiǎn)介：機(jī)床是工業(yè)生產(chǎn)的載體，機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)合面以及支承件的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，過去經(jīng)驗(yàn)式的機(jī)床設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)要求。當(dāng)今社會(huì)，面向機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)合面和支承件的高效率，低能耗，高性能的機(jī)床設(shè)計(jì)方法有待發(fā)展。本文基于機(jī)床靜剛度性能就機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)合面尺寸設(shè)計(jì)和支承件結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)展開討論。本文結(jié)合專項(xiàng)中斜床身車床展開討論，通過對(duì)導(dǎo)軌系統(tǒng)性能與尺寸的定性研究，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)床導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)方法，得出較為完善的導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)方法然后運(yùn)用所研究的方法對(duì)斜床身床鞍床身導(dǎo)軌尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)最后根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論對(duì)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。本文具體研究?jī)?nèi)容如下1對(duì)本文所運(yùn)用到的相關(guān)理論進(jìn)行介紹，包括有限元理論、結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論和正交函數(shù)數(shù)值擬合的最小二乘理論具體闡述了每個(gè)理論的運(yùn)用方法、運(yùn)用范圍、計(jì)算流程和相關(guān)應(yīng)用實(shí)例。2對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌系統(tǒng)性能進(jìn)行了初步研究，得出了在導(dǎo)軌系統(tǒng)各個(gè)零部件不同剛度下，欲使導(dǎo)軌性能達(dá)到最優(yōu)，則導(dǎo)軌跨距也各有不同，因此希望通過對(duì)導(dǎo)軌系統(tǒng)中各個(gè)零部件剛度的研究得出導(dǎo)軌系統(tǒng)的最優(yōu)跨距。3根據(jù)2中研究的機(jī)床導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)方法，分別研究斜床身車床床鞍床身導(dǎo)軌系統(tǒng)各個(gè)零部件剛度，并對(duì)導(dǎo)軌系統(tǒng)跨距和接觸長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)將設(shè)計(jì)后導(dǎo)軌系統(tǒng)與原導(dǎo)軌系統(tǒng)性能進(jìn)行對(duì)比，得到設(shè)計(jì)后比設(shè)計(jì)前導(dǎo)軌系統(tǒng)靜剛度性能提高9％。4建立床身載荷的力學(xué)求解模型，求解常用工況下的床身載荷。建立床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化物理模型，采用OPTISTRUCT拓?fù)鋬?yōu)化分析軟件對(duì)床身進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，得到床身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最佳材料分布根據(jù)床身內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料分布情況對(duì)床身壁板和主筋板的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在上述床身壁板和主筋板設(shè)計(jì)的機(jī)床上，對(duì)床身壁板和主筋板進(jìn)行尺寸優(yōu)化，完成床身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后床身性能的分析與對(duì)比，得到優(yōu)化后床身在保證原結(jié)構(gòu)性能的前提下減重838％，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

簡(jiǎn)介：在超精密加工領(lǐng)域中，零件的尺寸誤差在亞微米內(nèi)，表面粗糙度達(dá)到納米級(jí)。為了提高工件的加工質(zhì)量，不斷應(yīng)用新技術(shù)的同時(shí)，也加大了對(duì)刀精度的研究，其原因是，對(duì)刀精度將直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)超精密加工的首要條件。當(dāng)單點(diǎn)金剛石車刀加工球面或非球面光學(xué)零件或模具時(shí)，刀具在水平和高度方向的對(duì)刀誤差以及刀尖圓弧半徑的測(cè)量誤差會(huì)直接影響工件的尺寸和面形精度。光學(xué)對(duì)刀儀基于計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)，其利用工業(yè)相機(jī)采集刀具圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而獲取刀尖圓弧半徑和圓心坐標(biāo)等參數(shù)對(duì)刀具進(jìn)行預(yù)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)刀具的精密對(duì)刀以及刀尖圓弧半徑的精密測(cè)量。因此，本文展開了光學(xué)對(duì)刀儀設(shè)計(jì)與測(cè)量算法研究，具體做了以下幾個(gè)方面的工作1、針對(duì)自動(dòng)聚焦搜索中的往返運(yùn)動(dòng)帶來的定位誤差，提出用于光學(xué)對(duì)刀儀的自動(dòng)聚焦模塊的二階段搜索聚焦策略，以提高自動(dòng)聚焦的速度和精度。2、針對(duì)刀尖圖像的特點(diǎn)，研究并分析圖像處理算法，其包括圖像的預(yù)處理、像素以及亞像素邊緣檢測(cè)、直線檢測(cè)、圖像拼接以及特征參數(shù)的獲取，以確定能滿足對(duì)刀精度與實(shí)時(shí)性要求的圖像處理算法。3、基于課題的應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)光學(xué)對(duì)刀儀的整體架構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)對(duì)刀儀的自動(dòng)對(duì)刀。4、針對(duì)現(xiàn)有棋盤格的大小無法滿足光學(xué)對(duì)刀儀的高倍率顯微鏡的視場(chǎng)的問題，提出一種使用虛擬棋盤格的張正友標(biāo)定方法，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)對(duì)刀儀的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定。5、深入研究單應(yīng)矩陣以及坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換理論，求取光學(xué)對(duì)刀儀與機(jī)床坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)刀具在機(jī)床上的精確定位。6、實(shí)驗(yàn)與誤差分析。在NANOTECH350FG機(jī)床上通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)對(duì)刀儀在Y方向和XZ平面的定位精度，以此對(duì)本論文方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

簡(jiǎn)介：機(jī)床工業(yè)是裝備制造業(yè)和國(guó)防工業(yè)的基礎(chǔ)。高速精密數(shù)控機(jī)床應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)度高，在加工制造業(yè)占據(jù)重要地位。床鞍作為高速精密車床關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化與改進(jìn)對(duì)數(shù)控車床加工效率和加工精度的提高具有不可替代的作用。本文結(jié)合國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”（2012ZX04005021），以高速精密數(shù)控車削中心ADGM35床鞍作為研究對(duì)象，主要研究了綜合有限元方法、拓?fù)鋬?yōu)化方法和多目標(biāo)優(yōu)化方法為一體的床鞍優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先對(duì)車削加工中心進(jìn)行受力分析，在模擬實(shí)際工況的情況下，得到床鞍力學(xué)平衡方程，在此基礎(chǔ)上建立床鞍的力學(xué)模型；基于力學(xué)模型對(duì)床鞍受力情況進(jìn)行分析，得到實(shí)際工作中分布在床鞍上合理的載荷條件，為后續(xù)有限元分析、拓?fù)鋬?yōu)化分析、多目標(biāo)優(yōu)化分析提供工作前提。對(duì)床鞍進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先對(duì)床鞍初始構(gòu)型進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)性能分析，劃分網(wǎng)格，界定邊界條件，輸入床鞍工作載荷，得到床鞍初始構(gòu)型的動(dòng)、靜態(tài)性能。設(shè)計(jì)試驗(yàn)流程，布置傳感器，通過模態(tài)試驗(yàn)得到床鞍初始結(jié)構(gòu)的實(shí)際模態(tài)性能參數(shù)，試驗(yàn)后對(duì)床鞍有限元結(jié)果和床鞍試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證有限元模型的合理性。為提高數(shù)控車削中心床鞍的動(dòng)、靜態(tài)性能，探究床鞍新型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用基于變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化方法，以床鞍質(zhì)量最小值為目標(biāo)函數(shù)，以一階固有頻率最高值為約束條件，建立拓?fù)鋬?yōu)化模型，運(yùn)用變密度法求解，對(duì)床鞍進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化后基于不同筋板布置的床鞍結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，分析不同筋板布置下床鞍的靜剛度及固有頻率，得到床鞍最佳筋板布置方案，結(jié)果表明拓?fù)鋬?yōu)化后床鞍新型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化要求，并有效地降低了床鞍的最大變形，提高了床鞍結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)性能。在拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果改進(jìn)床鞍結(jié)構(gòu)參數(shù)，以床鞍尾架筋板厚度、兩側(cè)凹槽深度、中間凹槽深度以及V形筋板厚度等四個(gè)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以床鞍變形最低值，床鞍整體質(zhì)量最低值、一階固有頻率最高值為優(yōu)化目標(biāo)，建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，并運(yùn)用多目標(biāo)遺傳算法求解，達(dá)到改進(jìn)床鞍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，提高床鞍性能的目的。

簡(jiǎn)介：隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都有了更高的要求，由于航空航天、汽車、特種加工工業(yè)的高速發(fā)展，加之越來越多的難加工材料運(yùn)用其中，提高了對(duì)生產(chǎn)過程的要求。超聲振動(dòng)加工在難加工材料、難加工零件以及精密加工方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)，解決了許多困擾傳統(tǒng)加工的難題。超聲波振動(dòng)加工主要有機(jī)床部分和超聲波振動(dòng)部分。其中超聲波振動(dòng)部分的基本組成為超聲波發(fā)生器、超磁滯伸縮換能器、變幅桿。本文在尊重前人經(jīng)典理論的前提下，對(duì)超聲振動(dòng)加工進(jìn)行了研究，將超聲振動(dòng)系統(tǒng)加在普通車床之上，使普通車床的車刀產(chǎn)生超聲振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)加工的目的。本研究主要內(nèi)容包括⑴了解超聲波振動(dòng)加工在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，以及與傳統(tǒng)普通加工相比超聲波振動(dòng)加工的優(yōu)點(diǎn)。深入分析了超聲波振動(dòng)加工機(jī)理，研究了超聲波振動(dòng)刀架的分類磁致伸縮換能器振動(dòng)刀架、壓電式振動(dòng)刀架。比較了兩種刀架的主要結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了適用本文的超聲波振動(dòng)刀架。⑵全面的研究超聲波發(fā)生系統(tǒng)，分析每一部分的主要作用，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)并組建了適應(yīng)本文的超聲波發(fā)生系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。⑶比較兩種不同換能器結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，研究換能器的工作原理，設(shè)計(jì)稀土超磁滯伸縮換能器結(jié)構(gòu)，分析磁致伸縮換能器產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理，并分析了該設(shè)計(jì)的合理性。⑷分析了解變幅桿的基本結(jié)構(gòu)種類，根據(jù)需要設(shè)計(jì)適合本文的復(fù)合型變幅桿，并對(duì)其進(jìn)行建模，運(yùn)用ANSYS模擬軟件研究該設(shè)計(jì)的合理性。⑸通過對(duì)超聲波振動(dòng)刀架各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)并組裝出稀土超磁致伸縮振動(dòng)刀架，并對(duì)刀架的精度進(jìn)行分析研究。對(duì)刀架結(jié)構(gòu)建立等效模型，得出傳遞函數(shù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究其精度的準(zhǔn)確性，使用MATLAB仿真軟件對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，并比較在不同頻率下的精確度，得出該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。

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簡(jiǎn)介：主軸是超精密車床的核心構(gòu)件之一，其性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響車床的加工精度、可靠性和壽命。尤其針對(duì)精密氣浮主軸，微小的動(dòng)不平衡量都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響超精密車削零件的加工質(zhì)量，因此需要在每次開機(jī)或工件裝夾之后對(duì)主軸進(jìn)行動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)及調(diào)整。目前普遍采用商品化現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀對(duì)主軸進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，操作繁瑣，效率低下，無法滿足超精密車床主軸頻繁的高精度動(dòng)平衡操作要求。因此，針對(duì)超精密車床研發(fā)配套的動(dòng)平衡系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化操作流程，實(shí)現(xiàn)車床主軸的高效高精度動(dòng)平衡在位測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整有著重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。為了實(shí)現(xiàn)超精密車床主軸高效高精度動(dòng)平衡在位測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，本文針對(duì)超精密車床氣浮主軸的動(dòng)不平衡、振動(dòng)和動(dòng)平衡評(píng)價(jià)等問題，以振動(dòng)信號(hào)分析處理和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡學(xué)等理論為基礎(chǔ)，圍繞車床主軸動(dòng)平衡理論及其評(píng)價(jià)，動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)研制，不平衡矢量信號(hào)處理，動(dòng)平衡算法實(shí)現(xiàn)，車床高效高精度現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整裝置研制以及動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等關(guān)鍵問題開展研究。本文的主要工作有超精密車床主軸現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的理論研究。首先對(duì)超精密車床主軸的動(dòng)平衡精度進(jìn)行了仿真分析，說明了動(dòng)平衡引起的主軸振動(dòng)將對(duì)超精密車削加工面形產(chǎn)生直接的影響，并以工件裝夾為例分析了超精密車床主軸在加工之前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的必要性。然后，基于主軸動(dòng)平衡對(duì)加工質(zhì)量的影響以及主軸的振動(dòng)狀態(tài)確定了本文超精密車床主軸動(dòng)平衡的評(píng)價(jià)指標(biāo)。最后，基于超精密車床對(duì)其主軸動(dòng)平衡理論進(jìn)行了分析，確定了本文主軸動(dòng)平衡的基本實(shí)施方法和實(shí)施流程。超精密車床主軸現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡系統(tǒng)的研制。首先，根據(jù)超精密車床主軸動(dòng)平衡的測(cè)試要求，搭建了動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)。然后，通過對(duì)不平衡矢量信號(hào)的處理和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了主軸振動(dòng)位移幅值和相位的準(zhǔn)確提取。接著，基于影響系數(shù)法編寫了動(dòng)平衡算法，實(shí)現(xiàn)了超精密車床主軸動(dòng)平衡的試重標(biāo)定測(cè)試，并將該動(dòng)平衡系統(tǒng)集成到了車床之中，實(shí)現(xiàn)了無試重主軸動(dòng)平衡測(cè)試，提高了動(dòng)平衡測(cè)試的效率。然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡裝置及相關(guān)算法進(jìn)行研究，研制了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)了高效高精度的主軸動(dòng)平衡調(diào)整。超精密機(jī)床主軸動(dòng)平衡測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究。首先對(duì)本文超精密機(jī)床主軸動(dòng)平衡系統(tǒng)的測(cè)試精度進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。然后對(duì)本文的主軸無試重動(dòng)平衡系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的測(cè)量精度和效率。最后對(duì)本文超精密車床主軸進(jìn)行了動(dòng)平衡調(diào)整實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文測(cè)試和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精度、效率和穩(wěn)定性完全可以滿足超精密車床主軸動(dòng)平衡的要求。

簡(jiǎn)介：在制造業(yè)信息化推進(jìn)的進(jìn)程中，車間底層數(shù)據(jù)采集已成為車間信息化改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；車床加工進(jìn)度信息作為車間底層主要數(shù)據(jù)，是支持實(shí)現(xiàn)制造過程可視化監(jiān)控和優(yōu)化運(yùn)行的重要信息。目前，部分作業(yè)車間的加工進(jìn)度信息采集仍然采用“人工紙質(zhì)”的方式，存在加工進(jìn)度信息實(shí)時(shí)性差、人為主觀干擾性強(qiáng)、管理不規(guī)范等問題，給制造車間的管理帶來了較大的困難，阻礙制造企業(yè)信息化的有效推進(jìn)。本文借鑒國(guó)內(nèi)外研究成果，結(jié)合現(xiàn)有加工進(jìn)度信息采集的特點(diǎn)，對(duì)基于刀具受力狀態(tài)的車床加工進(jìn)度信息采集方法進(jìn)行了探索和研究。首先，根據(jù)車床加工進(jìn)度信息的特點(diǎn)和分類，對(duì)車床加工進(jìn)度信息進(jìn)行描述，并結(jié)合車床刀具受力狀態(tài)特點(diǎn)，提出基于刀具受力狀態(tài)的車床加工進(jìn)度信息采集方法總體思路。該方法采用三向測(cè)力儀對(duì)機(jī)床刀具受力狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)受力狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行特征建模，根據(jù)加工進(jìn)度特征向量模型和支持向量機(jī)（SVM）分類訓(xùn)練器實(shí)現(xiàn)對(duì)加工進(jìn)度信息的識(shí)別。然后，通過一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于使用和維護(hù)的可換刀具車削測(cè)力儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)車床刀具受力狀態(tài)原始信號(hào)的采集，并對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行形態(tài)濾波；在此基礎(chǔ)上，建立受力狀態(tài)信息特征模型。該模型通過對(duì)受力狀態(tài)信息進(jìn)行時(shí)域分析得到時(shí)域特征元素，頻域分析得到頻域特征元素，小波分析得到小波特征元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工進(jìn)度特征信息的描述。最后，在以上加工進(jìn)度特征向量模型建立的基礎(chǔ)上，采用支持向量機(jī)（SVM）的方法對(duì)加工進(jìn)度信息進(jìn)行識(shí)別，并在重慶某機(jī)加車間進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。

簡(jiǎn)介：靜態(tài)性能是機(jī)床的最基本技術(shù)指標(biāo)，良好的靜態(tài)性能是保證機(jī)床加工精度的重要因素。本課題來源于國(guó)家科技支撐計(jì)劃“機(jī)床輕量化設(shè)計(jì)的‘概念單元’技術(shù)與應(yīng)用”NO2011BAF11B03。本文首先介紹了來源課題的國(guó)際、國(guó)內(nèi)和行業(yè)背景以及研究意義并總結(jié)概括了表面接觸模型和有限元靜態(tài)性能分析的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。論述了本論文涉及到的有限單元法、分形理論以及分形接觸理論。以臥式車床為研究對(duì)象，建立力學(xué)模型求解零部件之間結(jié)合面的載荷分布。建立固定結(jié)合面、軸承結(jié)合面和滾珠絲杠結(jié)合面等效模型并且求解相關(guān)的等效參數(shù)。對(duì)基于分形接觸模型的虛擬材料等效參數(shù)進(jìn)行無量綱化求解和分析，得到如下結(jié)論隨著結(jié)合面法向載荷的增大，真實(shí)的接觸面積也隨之增大，從而虛擬材料的彈性模量和切變模量也增大。隨著結(jié)合面切向載荷的增大，虛擬材料的切變模量減小。在相同法向載荷條件下，隨著分形維數(shù)的增大，虛擬材料的彈性模量和切變模量也隨之增大而隨著尺寸系數(shù)的增大，虛擬材料的彈性模量和切變模量卻隨之減小。使用PROE和ANSYS軟件對(duì)車床整機(jī)進(jìn)行有限元建模和靜態(tài)性能分析計(jì)算，結(jié)果顯示采用虛擬材料等效固定結(jié)合面時(shí)整機(jī)X向靜剛度為56631NMM，不采用時(shí)為61368NMM，說明固定結(jié)合面對(duì)臥式車床整機(jī)靜剛度的影響不能忽略。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范對(duì)車床整機(jī)進(jìn)行靜剛度試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到靜剛度平均值為31850NMM，線性擬合相關(guān)系數(shù)平均值為099565，斜率和截距標(biāo)準(zhǔn)差平均值分別為68965E7和000215，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)選取模型很好，數(shù)據(jù)線性相關(guān)性很高。將試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果對(duì)比，不采用虛擬材料和采用虛擬材料得到的X方向靜剛度與試驗(yàn)相比誤差分別為9268％和7780％，說明采用基于分形接觸理論的虛擬材料等效固定結(jié)合面提高了分析計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而證明了該等效方法的合理性。

簡(jiǎn)介：近幾十年來，我國(guó)航空工業(yè)發(fā)展較快，但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高品質(zhì)制造方面和國(guó)外相比還存在相當(dāng)大的差距。航空發(fā)動(dòng)機(jī)中存在很多薄壁類零件，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境惡劣，對(duì)這類零件的加工質(zhì)量要求很高。因而，減小發(fā)動(dòng)機(jī)中這類薄壁零件的加工變形，實(shí)現(xiàn)其高品質(zhì)加工對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造具有重大意義。本論文提出雙面車削的加工方法來解決航空壓氣機(jī)盤零件的加工變形問題。新的加工工藝能夠使壓氣機(jī)盤在加工過程中受到的法向切削力相互抵消，從而有效地抑制了壓氣機(jī)盤的加工變形，得到較好的零件加工品質(zhì)。本文對(duì)自主研發(fā)的雙面車床主軸進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，全文主要研究?jī)?nèi)容包括下述內(nèi)容（1）分析航空壓氣機(jī)盤零件的特征和加工難點(diǎn)，確定了雙面車床主軸的總體設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保壓氣機(jī)盤零件加工精度的實(shí)現(xiàn)。（2）對(duì)雙面車床主軸進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)并對(duì)各主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。主軸設(shè)計(jì)包括傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸箱、潤(rùn)滑系統(tǒng)和機(jī)床夾具。設(shè)計(jì)過程中，首先使用SOLIDWIRKS對(duì)各零件的三維模型進(jìn)行創(chuàng)建并完成虛擬裝配，確保主軸各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，避免裝配干涉等設(shè)計(jì)缺陷。其次，結(jié)合ANSYSWKBENCH對(duì)主軸各主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算，確保各零部件在使用壽命時(shí)間內(nèi)不發(fā)生失效。（3）使用AUTOCAD繪制雙面車床主軸零件圖，對(duì)雙面車床主軸零件進(jìn)行試制，完成了雙面車床主軸的裝配工作。主軸精度檢測(cè)結(jié)果顯示雙面車床主軸精度均滿足設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)機(jī)床調(diào)試的過程中，各部件運(yùn)行正常。（4）針對(duì)主軸誤差的測(cè)量方法，提出了四點(diǎn)法對(duì)主軸軸向竄動(dòng)誤差、角度擺動(dòng)誤差和主軸零件的平面度誤差進(jìn)行分離。并使用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示分離精度能夠達(dá)到要求。

簡(jiǎn)介：主軸系統(tǒng)作為機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其靜動(dòng)態(tài)性能將直接影響到機(jī)床的加工質(zhì)量和加工效率。隨著現(xiàn)代機(jī)床加工速度和精度的不斷提高，對(duì)主軸部件也提出了更高的設(shè)計(jì)和加工要求。本文以CWZ61200重型機(jī)床為研究對(duì)象，在保證機(jī)床主軸良好的靜動(dòng)態(tài)性能的前提下，將有限元分析、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、正交試驗(yàn)等方法結(jié)合起來運(yùn)用到主軸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了主軸重量減輕的優(yōu)化目標(biāo)。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中的一些固有缺陷及不足，利用遺傳算法全局尋優(yōu)的特點(diǎn)，搜索出機(jī)床主軸BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中初始權(quán)值和閾值的最優(yōu)解，得到了改進(jìn)后性能更佳的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。利用SOLIDWKS和ANSYSWKBENCH軟件分別完成主軸三維模型的構(gòu)建及有限元分析，得出其靜動(dòng)態(tài)性能參數(shù)；選取主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)分別作為輸入和輸出樣本，按照正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，不斷修改主軸的三維模型并進(jìn)行有限元分析，完成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本集的獲取。用上述獲取的樣本集，對(duì)基于標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主軸性能預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練；將這兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)效果進(jìn)行對(duì)比，最終選取改進(jìn)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來獲取主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間的非線性關(guān)系。選取主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，性能參數(shù)作為約束條件，質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，建立了其結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，其中約束條件中的非線性關(guān)系由上述改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射得到；利用MATLAB優(yōu)化工具箱進(jìn)行求解，最終得到了最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合；將優(yōu)化前后機(jī)床主軸的各項(xiàng)性能參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了該優(yōu)化方法的合理性和可行性。本文提出一種利用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)與其靜動(dòng)態(tài)性能之間的非線性映射關(guān)系，并將這種約束關(guān)系應(yīng)用到主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的方法。在保證主軸良好的靜動(dòng)態(tài)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了減重的優(yōu)化目標(biāo)。

簡(jiǎn)介：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為課堂教學(xué)提供了一種嶄新的途徑，轉(zhuǎn)換了老師和學(xué)生之間的位置，學(xué)生不再單純依靠“聽”來獲取知識(shí)，更多的是通過實(shí)際動(dòng)手“做”來加深學(xué)習(xí)的印象。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新興的前沿技術(shù)，以其易于操控的3D特性，直觀形象的人機(jī)交互，以及良好的衍生性，給教育行業(yè)帶來了光明的前景，迅猛的擴(kuò)散開來。本課題研究的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的車床模擬培訓(xùn)系統(tǒng)是采用虛實(shí)結(jié)合教學(xué)理念研發(fā)一款教學(xué)軟件。該系統(tǒng)使用現(xiàn)下流行的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)UNITY作為開發(fā)平臺(tái)，以真實(shí)車床的操作手柄作為信號(hào)源的輸入，采用軟硬件配套開發(fā)的模式研究完成。本文主要講解車床虛擬仿真模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)過程，分別論述該系統(tǒng)中軟件開發(fā)方案和硬件手柄數(shù)據(jù)采集這兩個(gè)子系統(tǒng)的搭建流程。研究?jī)?nèi)容包括涵蓋以下幾部分1、模擬培訓(xùn)系統(tǒng)素材的準(zhǔn)備。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其三維可視化、沉浸感強(qiáng)等方面，因此搭建一個(gè)好的培訓(xùn)系統(tǒng)，完善的三維素材是不可缺少的。素材準(zhǔn)備階段需要制作CA6140普通車床的三維虛擬模型、模型的材質(zhì)、動(dòng)畫、界面UI等，使用機(jī)械專用建模軟件SOLIDWKS，構(gòu)建CA6140普通車床的零件，在建模軟件中組裝車床整機(jī)，使用動(dòng)畫常用建模軟件3DSMAX對(duì)已有的機(jī)械模型的進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、材質(zhì)調(diào)節(jié)、動(dòng)畫制作，最后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中備用。2、模擬培訓(xùn)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的開發(fā)。該模塊主要講解了教學(xué)大綱中規(guī)定的車床教學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的程序開發(fā)。內(nèi)容包括車床把手的移動(dòng)、高亮顯示車床各部分的結(jié)構(gòu)及名稱、動(dòng)畫展示車床主要傳動(dòng)方式、車刀結(jié)構(gòu)及各參考平面的動(dòng)畫視頻等。3、模擬培訓(xùn)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的開發(fā)。該模塊主要介紹使用傳感器單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搜集車床手柄的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，改裝報(bào)廢車床的外形，安裝傳感器和單片機(jī)等控制元件，設(shè)計(jì)傳感器單片機(jī)系統(tǒng)的控制電路。4、模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的安裝調(diào)試。依照系統(tǒng)要求分別設(shè)計(jì)完成車床模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的軟件和硬件方案之后，進(jìn)行整機(jī)系統(tǒng)的安裝調(diào)試，修改完善試運(yùn)行程序中不合理的地方?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的車床模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于使用先虛后實(shí)的教學(xué)方式，完善車床虛擬加工的環(huán)境中操作的安全性，虛實(shí)結(jié)合的互動(dòng)操作提高了使用者的參與性和體驗(yàn)感。虛擬的車床加工能夠減少加工耗材的損耗，節(jié)約能源，良好的系統(tǒng)交互畫面及時(shí)反饋給用戶真實(shí)的加工信息，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。本系統(tǒng)的界面簡(jiǎn)單明了，便于操作的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于以后類似的虛擬仿真教學(xué)軟件的開發(fā)具有啟迪意義。

簡(jiǎn)介：數(shù)控機(jī)床被譽(yù)為工業(yè)母機(jī)，數(shù)控機(jī)床行業(yè)被稱為“裝備制造業(yè)中的裝備制造業(yè)”。從機(jī)床工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)分析，重型數(shù)控機(jī)床總體上向高速、精密、復(fù)合、環(huán)保、智能化、超大型化方向發(fā)展。本文從武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司產(chǎn)品CK5125B數(shù)控立式車床主傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的設(shè)計(jì)入手，完成了下列工作1分析直流電機(jī)調(diào)速的方法，根據(jù)數(shù)控立式車床主電機(jī)的要求，選擇啟動(dòng)力矩大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的靜態(tài)性能較好的雙閉環(huán)直流控制方式對(duì)主電機(jī)進(jìn)行控制。2介紹了數(shù)控立式車床CK5125B的基本情況，包括機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、電氣控制以及機(jī)床可以達(dá)到的精度。分析數(shù)控立式車床對(duì)主電機(jī)的要求，選擇西門子6RA70作為主電機(jī)調(diào)速裝置，完成機(jī)床電氣設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。3通過主電機(jī)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，驗(yàn)證雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以滿足數(shù)控立式車床主電機(jī)的控制需求，通過PI調(diào)節(jié)法，使電機(jī)的調(diào)速控制最優(yōu)化。SIEMENS6RA70在武重?cái)?shù)控立式車床主傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)上良好的應(yīng)用，可以適應(yīng)不同客戶的加工需求，為后續(xù)在其它類型機(jī)床上應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和成功的工程實(shí)例。

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