收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

切削力自感知智能车刀设计及其误差补偿研究

陈高华  
【摘要】:随着新能源、新材料和新技术的快速发展,新型工业化的升级浪潮正在颠覆传统制造方式。切削加工是现代制造业中一种广泛应用的机械加工方法,加工过程中刀具的实时状态直接影响零件加工精度、加工效率和表面质量等。因此,应用现代传感技术、计算机技术和信号处理等技术开发刀具状态参量监测的新方法、新装置、新技术和新系统具有重要的理论意义与实用价值。本文针对智能加工对刀具状态实时监测和监测精度的需求,以车刀为对象,设计了一种融压电陶瓷感知系统和刀具于一体的切削力自感知智能刀具,通过对智能刀具的设计和误差补偿等相关研究,使刀具系统在执行加工的同时具有感知切削力的能力,实现了反映刀具状态的切削力参量的实时在线监测。相关研究成果对自适应智能加工技术的快速发展具有重要的参考价值。论文的主要研究内容如下:提出一种全新的切削力自感知智能车刀整体结构设计方案,设计了一种新的切削力感知元件并对切削力感知元件的静态性能进行了试验测试。通过对不同型号压电陶瓷材料的性能分析,确定了嵌入刀垫的压电陶瓷材料型号;通过应力分析,确定了压电陶瓷片的形状;通过理论计算,确定了压电陶瓷片的尺寸参数;压电陶瓷片的形状和尺寸参数确定后,对刀垫凹槽的尺寸设计、信号传输导线的焊接以及绝缘等工作进行了研究;最后完成了切削力感知元件的相应制作和装配工作。为了对所设计切削力感知元件的性能进行测试和评估,分析了压电陶瓷传感器的测量原理,搭建了信号采集系统,对切削力感知元件的线性度、灵敏度、重复性、迟滞性等静态性能指标进行了标定研究。从压电陶瓷的铁电效应微观极化机理出发,分析解释了切削力感知元件在外力作用下产生迟滞非线性现象的原因。为了测试和评估本文设计的切削力感知式智能切削车刀的综合性能,首先对智能车刀的力学、热学特性开展分析研究;然后通过设计搭建的模态分析试验平台,采用锤击激振的方法对所设计的刀具进行试验模态分析,综合仿真和试验结果得到智能车刀的固有频率;之后采用直接耦合法对所设计的刀具进行灵敏度标定,建立感知元件输出电压与切削力之间的关系;最后通过对比切削试验验证智能车刀的切削力感知能力和设计的可行性。通过以上研究得到如下结论:1)力学性能研究结果表明,与普通车刀相比,智能车刀各部件的最大应力有所增加,但是在满足设计目标的切削力范围内各部件的最大应力均低于材料的抗压强度,强度满足要求。2)热学性能研究结果表明,刀-屑接触面最高温度在400℃以下时,嵌入刀垫的压电陶瓷片最高温度不会超过其居里温度。3)智能车刀的一阶固有频率远大于系统频率的4倍,加工过程中刀具不会由于共振而损坏,满足应用要求。4)所设计的切削力自感知智能车刀具有良好的切削力感知能力,切削力较小时刀具的工作性能稳定,随着切削力增加,切削热对刀具的性能有一定影响。为了补偿切削力感知元件的迟滞非线性误差,提高检测精度,在研究压电陶瓷迟滞非线性建模方法的基础上,针对经典Bouc-Wen模型无法表征非对称迟滞特性的问题,提出了一种可以反映切削力感知元件非对称迟滞特性的改进Bouc-Wen模型,并对模型参数以及输入信号的幅值和频率对迟滞曲线的大小、形状及平稳性影响关系进行了讨论,在此基础上给出了逆模型的求取以及模型参数的辨识方法;利用改进Bouc-Wen逆模型作为补偿器补偿智能刀具切削力感知元件的迟滞非线性,通过对比试验验证了误差控制的有效性。相关结论为非对称迟滞误差的控制提供了一种新的途径。为了补偿切削力感知元件的灵敏度温漂误差,提出了一种基于改进Elman神经网络的切削力感知元件灵敏度温漂补偿方案。对比试验结果表明:利用本文建立的基于改进Elman神经网路灵敏度温漂补偿模型补偿后,补偿模型的预测力和切削力感知元件的实际加载力具有较好的吻合度,误差明显降低,有效保证了检测精度。该研究成果为所设计智能刀具提供了一种有效的灵敏度温漂补偿方法,并对具有灵敏度温漂特性的其它器件的研究具有重要的参考价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 唐爱武;;高速切削时切削力误差的实时补偿应用研究[J];农业网络信息;2013年01期
2 刘玮;张莹;李伟;王书利;;切削参数对34CrNiMo6高强度钢切削力影响的仿真研究[J];工具技术;2020年03期
3 吴志强;;45钢的切削力有限元仿真研究[J];南方农机;2017年02期
4 张铁山;;切削力测量实验数中的数据处理方法[J];教育教学论坛;2017年25期
5 岳彩旭;高海宁;刘献礼;;基于动态切削力系数的插铣加工过程稳定性研究[J];机械工程学报;2017年17期
6 张兴红;闫德鑫;陈鑫;;超声车削瞬时切削力仿真研究[J];重庆理工大学学报(自然科学);2014年07期
7 刘苹;张宏;何永利;韩健;白雪清;;常用金属材料相对切削力试验分析[J];煤矿机械;2010年06期
8 苟琪,陈鼎昌;振动攻丝动态切削力研究[J];中国机械工程;1998年04期
9 胡映宁,邵杰;利用切削比推算切削力[J];广西大学学报(自然科学版);1995年01期
10 张顺琦;林绿高;应申舜;林斌;蒋小乐;孙建男;;基于正交切削的铝合金切削力理论计算方法[J];工具技术;2020年03期
11 易力力;王四宝;陈国聪;;三向切削力实验装置研制[J];重庆大学学报;2019年08期
12 王雷;郑清春;胡亚辉;杨翠蕾;;钛合金加工切削力的仿真与试验研究[J];中国农机化学报;2016年09期
13 闫波;娄琳;;飞刀加工切削力数学模型及试验验证[J];长治学院学报;2005年05期
14 黄斌,李兆前,艾兴;断续切削时动态切削力的研究[J];山东电力高等专科学校学报;1998年01期
15 金久梅;切削力的实用计算方法[J];工具技术;1987年12期
16 Розенберт;Еремин;荘鸿寿;刘高联;;切削力的理论方程式[J];机械制造;1954年08期
17 刘焕牢;苏妙静;刘璨;李小力;;数控机床切削力误差研究方法探讨[J];制造技术与机床;2020年08期
18 万敏,张卫红;薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究[J];航空学报;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 黄伟迪;甘春标;杨世锡;;随机不确定切削力作用下高速电主轴系统的动力学特性分析[A];第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2015年
2 范胜波;王太勇;汪文津;冷永刚;;遗传算法在切削力公式参数辨识中的应用[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
3 吴锐;张旦闻;孙娟;任凤章;王宇飞;肖丽丽;李锋军;;灰铸铁切削力测量及切削性能分析[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年
4 黄囡;张雪琴;史亚楠;;浅谈智能车控的应用及发展[A];第十六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2019年
5 黄囡;史亚楠;吴宏伟;;浅谈一种智能车机的功能[A];第十六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2019年
6 杨德军;;浅析大数据给停车产业的技术革新——以智能机械车库技术为例[A];中国停车产业论文集[C];2020年
7 杨文秀;陆常周;;用“无人驾驶智能车柔性信息处理办法”探讨量子机器人[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
8 王立琦;杜茂;;基于激光扫描仪的智能车前方障碍物检测[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
9 顾德英;孙万燕;韩泉城;;基于凌阳单片机的智能车系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
10 张祖锋;徐友春;张鹏;朱增辉;;缩微智能车的环境感知与控制决策算法研究[A];第八届中国智能交通年会优秀论文集——智能交通与安全[C];2013年
11 岳晓斌;周茂书;;切削力实时检测系统[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
12 周思全;张晓东;魏春梅;付移风;强巍;;高效铣削切削力预测方法研究[A];第十五届中国科协年会第13分会场:航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年
13 张永华;杜煜;张汇;杨硕;杜晨;;京龙号智能车无人驾驶系统[A];中国计算机用户协会网络应用分会2017年第二十一届网络新技术与应用年会论文集[C];2017年
14 高国飞;魏运;;智能交通产业分布及北京市重点发展方向[A];第十二届中国智能交通年会大会论文集[C];2017年
15 张祖锋;徐友春;刘俊峰;;光电智能车自主巡线控制系统设计[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年
16 黄伟迪;甘春标;杨世锡;;随机不确定切削力作用下高速电主轴振动响应识别[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
17 周晶晶;苏致远;王任栋;;基于RFID及IDR算法的缩微智能车室内精确定位方法研究与实现[A];第十一届中国智能交通年会大会论文集[C];2016年
18 冯聪;;智能车载互联系统的网络安全管控及执法探析[A];2019互联网安全与治理论坛论文集[C];2019年
19 乔晓阳;林书玉;;压电陶瓷复参数机电等效图及耗散因子[A];2014’中国西部声学学术交流会论文集[C];2014年
20 吴飞青;张立彬;胥芳;陈教料;;基于压电陶瓷的新型继电器的设计与研究[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 陈高华;切削力自感知智能车刀设计及其误差补偿研究[D];太原科技大学;2019年
2 秦娜;旋转超声波磨削制孔的切削力建模与试验研究[D];大连理工大学;2011年
3 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 赵天龙;钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷的性能优化及其器件应用[D];山东大学;2016年
5 殷建;大型龙门式双摆头五轴数控机床误差补偿关键技术研究[D];上海大学;2017年
6 夏筱筠;数控机床健康状况监测的关键技术研究与实现[D];中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所);2018年
7 陈雨;混凝土压电陶瓷敏感模块特性研究[D];重庆大学;2006年
8 崔玉国;压电陶瓷自感知执行器及其驱动微动工作台控制方法的研究[D];大连理工大学;2003年
9 舒盛荣;内冷式智能车刀设计与分析及其实验研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
10 赵晓燕;基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D];大连理工大学;2008年
11 李巍;压电作动器迟滞非线性建模与补偿控制研究[D];华中科技大学;2013年
12 马文魁;复杂曲面加工误差补偿方法与关键技术研究[D];天津大学;2016年
13 杨柳;压电陶瓷作动器的纳米定位与跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
14 朱炜;压电陶瓷叠堆执行器及其系统的迟滞现象模拟、线性化及控制方法的研究[D];重庆大学;2012年
15 石贵阳;铁酸铋—钛酸铅系大功率压电陶瓷及器件的设计、研制与性能[D];上海大学;2013年
16 付中涛;基于切削力预测模型的复杂曲面铣削进给速度优化研究[D];华中科技大学;2015年
17 刘红奇;复杂工况下的自适应加工技术研究[D];华中科技大学;2008年
18 沈金华;数控机床误差补偿关键技术及其应用[D];上海交通大学;2008年
19 张涛;微切削加工单位切削力及表面加工质量的尺寸效应研究[D];山东大学;2013年
20 张洋;基于压电陶瓷的主被动一体化作动器及多维隔振系统研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王炜;面向高速加工的等切削力余量规划方法研究[D];大连理工大学;2006年
2 文杰;300M钢立铣切削力建模与仿真研究[D];华中科技大学;2013年
3 刘学杰;薄壁零件加工的切削力模型分析与试验研究[D];南京航空航天大学;2008年
4 余春晓;面向虚拟车削的切削力分析与切削参数优化技术研究[D];吉林大学;2008年
5 韩金国;椭圆振动车削过程中切削力的研究[D];长春工业大学;2015年
6 刘博;椭圆振动辅助车削中切削力的预测研究[D];吉林大学;2016年
7 刘玉香;切削力测量系统传感器设计[D];沈阳理工大学;2012年
8 罗国涛;硬态车削过程动态切削力特征提取与表面完整性预测[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 刘建华;金刚石飞切光学自由曲面切削力建模与仿真分析[D];长春工业大学;2013年
10 刘军海;切削力建模方法及仿真研究[D];西安理工大学;2009年
11 陈斌;拟间歇振动辅助偏摆车削切削力及刀-屑摩擦特性研究[D];长春工业大学;2020年
12 胡志远;高速车削3Cr13不锈钢切削力及表面粗糙度研究[D];湖南科技大学;2015年
13 温静;基于深度学习的目标检测及其在智能车驾驶环境理解的应用研究[D];北京交通大学;2019年
14 钟海兴;特定场景下智能车的融合定位及导航策略研究[D];华南理工大学;2019年
15 王杨;面向智能汽车的多层次认知地图表达与生成方法研究[D];电子科技大学;2019年
16 张献恩;阿凡骑智能自行车库的商业模式研究[D];广西大学;2019年
17 杨海莺;多智能车的定位与队列变换技术研发与应用[D];黑龙江大学;2019年
18 董奕男;智能车室内定位及避障方法的研究[D];黑龙江大学;2019年
19 安航;基于视觉的智能车交叉路口交通灯与车辆识别[D];重庆交通大学;2018年
20 赵璐瑶;智能车库搬运器及预约系统研究[D];成都理工大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报记者 彭科峰 陈晨;无人智能车何时带我上路[N];中国科学报;2013年
2 记者 袁静娴;自动驾驶与智能车载受热捧[N];深圳商报;2021年
3 本报通讯员 张平媛 刘禹彤 李胜铭;培育创新精英的“智能车”[N];中国科学报;2016年
4 本报记者 张鸿儒 朱虹;智能停车机器人“远嫁”海外[N];莱芜日报;2018年
5 记者 沈则瑾;上海驿动班车搭载“智能车厢”[N];经济日报;2019年
6 本报见习记者 程唯珈;让智能车“眼观六路 耳听八方”[N];中国科学报;2019年
7 本报见习记者 程唯珈;冲吧!风雨无阻的中国智能车[N];中国科学报;2018年
8 本报记者 杨力菲;定制你的“智能+健康”生活[N];常德日报;2019年
9 记者 贡宪云;数字经济开启智能生活[N];河北日报;2019年
10 本报记者 甘晓;开出实验室的中国智能车[N];中国科学报;2019年
11 中国工业报实习记者 李琳;聚焦智能车技术创新 共谋智能车产业未来[N];中国工业报;2017年
12 周璐;常州推广“智能车库”让电动车放心充电[N];人民公安报·消防周刊;2018年
13 中国工程院院士、本届大会程序主席 郑南宁;中国智能车未来挑战赛,稳步迈向第十年[N];科技日报;2018年
14 本报记者 朱虹;中国电科三十八所用上智能车库[N];莱芜日报;2018年
15 记者 王渊 通讯员 边一鸣;雄安新区智能车联网产业加快发展[N];河北经济日报;2018年
16 中国经济导报记者 王晓涛;自动驾驶不只是IT和制造的事[N];中国经济导报;2016年
17 新金融记者 韩煦;BAT 谁将扼住智能车咽喉[N];新金融观察;2017年
18 记者 罗乐;我市二〇一七年第二批重大项目集中开工[N];自贡日报;2017年
19 见习记者 刘芳;解决停车难 发展智能停车势在必行[N];中国经济导报;2017年
20 本报记者 詹媛 刘坤 耿建扩;拥抱“大智能时代”,中国准备好了[N];光明日报;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978