项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

陈振亚

项目受资助机构

中北大学

项目编号

52005456

立项年度

2020

立项时间

未公开

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

24.00万元

学科

工程与材料科学-机械设计与制造-加工制造

学科代码

E-E05-E0509

基金类别

青年科学基金项目

关键词

小深孔加工 ; 动压流变 ; 压电协同控制 ; 圆度形貌 ; BTA ;

参与者AI

陈肖玮;陈振亚;蔡浩;李耀明;董振;张潇;张志兵

参与机构AI

中北大学

项目标书摘要：BTA刀具径向运动轨迹决定了小深孔的圆度形貌，能否揭示运动轨迹与各因素间的抵消机制，是保证小深孔圆度的关键问题，而传统的单因素被动控制圆度的方法已很难满足多因素影响下BTA小深孔圆度形貌的要求。.本项目将在前期研究获得BTA压电刀具系统的基础上，进一步开展切削液动压流变作用下的BTA小深孔加工圆度形貌压电协同控制理论研究。首先，分析BTA小深孔加工中影响圆度形貌的各因素，从刀具系统的几何参数、切削参数、振动参数、排屑参数及动压流变参数等方面进行深入的研究，寻求各因素与压电刀具径向运动轨迹之间的映射关系；其次，基于流体动压润滑理论，建立BTA小深孔加工圆度形貌数学模型，阐明各影响因素协同一致的最优匹配方案；再次，借助BTA压电刀具的实时反馈机制，提出一种圆度形貌多因素协同控制方法；最后，构建切削液动压流变作用下的BTA深孔圆度形貌主动控制理论。本项目将为流体动压流变理论纳入工程应用奠定基础。

Application Abstract: The radial motion path of BTA tool determines the roundness topography of small deep hole,whether it can reveal the counteracting mechanism between the processing path and various factors is the key to ensure the roundness of small deep hole.However,the method of traditional single-factor passive controlling roundness can hardly meet the requirements of BTA small deep hole roundness topography under the influence of multiple factors..On the basis of the BTA piezoelectric tool system obtained from the previous research,the piezoelectric control theory of the roundness topography in BTA small deep hole drilling under the action of dynamic pressure rheology of cutting fluid will be further studied in this project.Firstly,the factors affecting the roundness topography in BTA small deep hole drilling are analyzed.The geometric parameters,cutting parameters,vibration parameters,chip removal parameters and hydrodynamic rheological parameters of the tool system are studied in depth,and the mapping relationship between the factors and the radial motion trajectory of piezoelectric tool is sought.Secondly,based on hydrodynamic lubrication theory,the mathematical model of small deep hole roundness morphology under the synergistic action of multiple factors is established,and the optimal matching scheme with the same synergistic effect of various factors is clarified.Thirdly,with the help of the real-time feedback mechanism of BTA piezoelectric tool,a multi-factor cooperative control method for roundness topography is proposed.Finally,the active control theory of BTA deep hole roundness topography under the action of cutting fluid hydrodynamic rheological is constructed.This project will provide a theoretical reference for the application of hydrodynamic dynamic pressure rheology theory into engineering application.

项目受资助省

山西省

项目结题报告(全文)

深孔加工技术是指长径比大于5倍的圆柱孔的加工技术，在航空航天、军工民用等领域有广泛应用。在深孔加工过程中，切削力极易受到外界扰动的影响出现整体波动变化，而刀具的切削力可以分解成径向力、轴向力以及圆周力，其中刀具所受的径向力直接决定了刀具的径向运动轨迹，进而影响着深孔加工的圆度误差。而圆度是判别深孔零件质量的重要指标，圆度的好坏直接影响装配质量，较大的圆度误差可能直接影响深孔零件的使用，甚至会导致其它配合零件报废。.本项目针对BTA深孔孔形偏差问题，研究刀具弯曲—扭转振动参数、断排屑参数、几何参数、切削参数和动压流变参数等因素对圆度形貌的影响，探求刀具径向运动轨迹与各影响因素间的抵消机制，创建深孔加工圆度形貌主动控制方法，掌握BTA深孔装备的加工机理。.设计了一种新的深孔加工刀具受力状态监测方法，通过四个双桥应变片连接为两个惠斯通桥，由动态数据采集仪提供输入电压，并通过输出电压评估刀具受力；研制了一种基于圆结构光的圆度测量系统，该装置属于非接触测量且测量精度较高，可替代市面上价格昂贵的三坐标测量机和圆度仪等设备；基于流体动压润滑理论设计了一种带有可倾瓦块的新型BTA深孔加工连接器，提出了通过控制油膜压力抵消径向力进而减小圆度误差的新方法，并通过试验证明了此方法的可行性。.安装连接器后机床仍能按照最优加工参数正常工作，且安装连接器后径向力相较于普通加工情况下减小了3.2%-47.5%,圆度误差减小了28.0%-49.7%,深孔加工中的圆度形貌得到了有效控制。采用自制的圆结构光圆度测量系统与RS1600S2圆柱度仪分别测量相同零件深孔内壁的圆度形貌，测量结果误差不到10%,说明自制的深孔圆度测量系统有较好的测量精度；并且自制系统可满足大长径比小深孔圆度、圆柱度、直线度等形位公差的测量需求。