多工位小型組合機(jī)床的設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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當(dāng)要求加工高質(zhì)量系統(tǒng)化令人滿意的加工工件時(shí)，平常的最佳化目標(biāo)是在圓筒形的鉆進(jìn)打磨中將時(shí)間減少到最少。這個時(shí)間作為典型的周期在Fig.1中被舉例說明。代表以一個高速范化的橫向進(jìn)給速度加工的粗加工階段，代表以一個較慢的速度加工時(shí)的最后加工階段，t3代表以一個橫向速度加工時(shí)的精磨加工階段。系統(tǒng)化參數(shù)在磨削過程中扮演重要角色。精品加工質(zhì)量通常與熱損害、表面粗糙度、尺寸公差和外圓有關(guān)。通常情況下，整個磨削過程能被9個參數(shù)描述。粗橫向進(jìn)給速度，最后橫向進(jìn)給速度，粗加工時(shí)間,完成加工時(shí)間，精磨加工時(shí)間，輪子打磨深度，輪子打磨加工長度,輪子的線性速度V和精細(xì)加工線性速度v。事實(shí)上，最合適的打磨過程能被大大地簡化，輪子到達(dá)打磨目的地后能改變打磨路線Sd，但不能改變打磨深度，考慮到打磨安全，輪子速度V作為一個常數(shù)被控制，精細(xì)加工速度v常常作為一個不重要的參數(shù)被忽略掉。 2.最佳化模型的建立 根據(jù)上面的分析，打磨參數(shù)影響整個打磨過程，這些參數(shù)包含：，，u，，，，s,V和v,但是與最佳化有關(guān)的獨(dú)立變量只有6個：u，u，t,t,t和s。 根據(jù)多參數(shù)的最佳化理論，獲得最短打磨時(shí)間的主要函數(shù)被表示為 ￠=t+t+t (1) 對限制的主題有； g=p-p≤0 (不氧化限制) （2） g=z-q≤0 (氧化限制) （3） g=R-R≤0 (粗限制) （4） g=RN-RN≤0 (粗限制) (5) g=r(t+t+t)-△r=0 (尺寸限制) （6） g=u-u≤0, i=1,2 (比較低的進(jìn)給限制 ) (7) g=u-u≤0, i=1,2 (較高的進(jìn)給限制) （8） 在以上的式子中，P代表粗打磨階段的動能，和P代表精打磨的氧化點(diǎn)限制。Z代表氧化層 深度，和q代表隨后終結(jié)階段移動的深度（當(dāng)，z=0時(shí)，這個限制轉(zhuǎn)入到不氧化限制）。 R代表表面真實(shí)粗糙度和R是允許的最大值。RN是實(shí)積的外圓和RN是外圓允許的最大尺寸。r(t+t+t)是整個加工過程的總的橫向加工時(shí)間和△r表示徑向經(jīng)打磨余量的外延長度。u高速度極限，當(dāng)t=1表示粗加工階段和i=2表示最后加工階段。 多參數(shù)優(yōu)化策略包含3個主要情況。第一個是關(guān)于在不氧化階段的傳統(tǒng)不氧化過程，加工的能量要比氧化點(diǎn)處的能量低許多在整個打磨階段，和從（2）-（8）的全部函數(shù)出（3）外。 第二個是在臨界氧化階段要求不等式應(yīng)該使g=0。最后一個是在粗加工下的氧化過程中，這個過程包含了函數(shù)（3）-（8）的全部，不等式g是指在加工最后階段，氧化層厚度的總計(jì)，因?yàn)榇蚰ニ璧哪芰恳日麄€打磨過程產(chǎn)生的能量高的多，因此打磨技術(shù)必須大大地提高。 2.1整個磨削過程的實(shí)際橫向進(jìn)給 根據(jù)獲得的最高量綱的精確性，知道計(jì)算整個磨削過程實(shí)際橫向進(jìn)給量，和用實(shí)際橫向進(jìn)給量r(t)來代替粗加工階段的控制橫向進(jìn)給量u t，用r(t+t)代替在最后加工階段的ut+ut是非常重要的。外部圓筒形進(jìn)給磨削系統(tǒng)能被作為以下面方程式的形式描述出來。如： （9） · 是整個打磨系統(tǒng)的常量和是與磨輪有關(guān)的系數(shù)。實(shí)際進(jìn)給率， 是控制進(jìn)給率，在整個粗加工階段=u,在最后加工階段=u,整個熱加工階段 =u=0,。在粗加工階段，EQ.（9）能被表示成： （10） 從上面的方程式可以看出，由在粗加工階段整個打磨加工時(shí)間t實(shí)際進(jìn)給量r(t)和打磨深度△（t） 如下面所示： （11） 其中n是精加工過程的旋轉(zhuǎn)速度。因此，當(dāng)粗加工階段結(jié)束時(shí)，實(shí)際橫向進(jìn)給和打磨深度 在加工時(shí)間為t時(shí)能表示為 （12） 在最后加工階段 ，EQ.(9)轉(zhuǎn)換成： （13） 這時(shí)整個實(shí)際橫向進(jìn)給和打磨深度在整個完成階段能被表示為 （14） 這樣最后階段完成時(shí)，實(shí)際橫向進(jìn)給量和打磨深度在時(shí)間t+t中能被表示成 （15） 在熱加工階段，整個磨削系統(tǒng)方程式是： （16） 這時(shí)在完成階段實(shí)際橫向進(jìn)給量和磨削深度能被表示成： （17） 實(shí)際橫向進(jìn)給量 和整個加工進(jìn)程的磨削深度能被表示為： （18） 在限制函數(shù)的(6)中的實(shí)際橫向進(jìn)給量日r(t+t+t),準(zhǔn)確的空間位置能被輕易的解決。 2.2磨削動力 在多參數(shù)優(yōu)化進(jìn)程中，磨削動力是最重要的要素， （19） 參數(shù)￡是一個完全根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到的指數(shù)，k是系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)，b是打磨加工寬度， W是磨削中間研磨劑的加入時(shí)間間隔，d=(d+d)/dd,是平均均方直徑，d是精加工直徑，和d是輪直徑。 以Eqs.（11）、（14）和（17）計(jì)算打磨深度后，第一階段的磨削動能被計(jì)算出來在Eq.(19)在最適宜的工藝過程中，粗加工階段的動能能被計(jì)算出來在EQS.(12)和（19）。下一步，根據(jù)熱傳遞理論和磨削經(jīng)驗(yàn)，氧化臨界出能量根據(jù)下面的式子能被計(jì)算出來， （20） 在這里，控制函數(shù)能解決不氧化這類問題。 2.3在粗加工階段的氧化層深度和在完成階段的移動深度 在完成階段的移動總量q能在式子Eqs.(12)和（15）中計(jì)算出了 （21） 粗加工階段中在氧化過程中的氧化深度有下面的經(jīng)驗(yàn)公式： （22） 式子中的是精加工中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，是熱發(fā)射系數(shù)，是弧的聯(lián)絡(luò)長度，和 是精加工的熱溫度。這樣限制函數(shù)就能被建立。 2.4在熱加工中的精品粗糙度 通過方程式（18）計(jì)算出打磨深度后，磨削最后的粗糙度能被計(jì)算出來根據(jù)[5]： （23） 這個式子中，K，m都是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，和d是磨平磨具的直徑，這時(shí)系統(tǒng)函數(shù)能被建立。 2.5在熱加工中的精品粗糙度 根據(jù)Ref.[6]和方程式（17）中的進(jìn)給量，精品在熱加工中的圓柱度能被計(jì)算出來： （24） 這里RN≈2.4,RN≈0.98。這時(shí)系統(tǒng)要素函數(shù)能被建立。 3多參數(shù)最優(yōu)化模型 在最優(yōu)化方程式的基礎(chǔ)上，這張紙已經(jīng)設(shè)計(jì)出了在MATLAB軟件上對整個磨削過程的模型。優(yōu)化模型的結(jié)果是能提前用來控制實(shí)際磨削過程。 3.1優(yōu)化價(jià)值的獲得 建立模型的程序是MATLAB正版軟件的基本功能，為了建立一個固定的最適宜價(jià)值通過反復(fù)計(jì)算，一個延遲操作系統(tǒng)被建立表格1顯示了模型磨削加工的情形和經(jīng)過。表格2顯示了對3種情況下的，模型表現(xiàn)情況。 當(dāng)3個優(yōu)化階段能被得到在執(zhí)行加工過程中，輸入模型加工過程的磨削情況和表面情況，可得出6個非線性的控制參數(shù)。表格3列出了多參數(shù)最優(yōu)化的結(jié)果，表格4列出了規(guī)范炒操作過程的好處優(yōu)點(diǎn)。 表格1 磨削情況 d (mm) 400 k(kg/mm) 165 d(mm) 59 b(mm) 25 V(m/s) 30.044 n(rpm) 150 v(m/s) 0.02 a(mm) 0.015 0.8 1.0163 C 120 m 0.5 0.5 0.5 K 0.05 (KJ/(m2h)) 42 ( ) 950 (kg/m3) 7800 d(mm) 0.25 18.1 表格 2 原始狀態(tài) Case1 Case2 Case3 △r(mm) 0.25 0.25 0.25 u(mm/s) 0.025 0.035 0.045 u(mm/s) 0.00 0.00 0.00 R(m) 0.7 0.7 0.7 RN(m) 0.6 0.6 0.6 表格3 最佳的價(jià)值尺寸 Case1 Case2 Case3 16.7995 14.0976 9.4000 9.9995 4.7 3.7000 5.0000 4.2711 3.5000 0.0125 0.0287 0.0358 0.0020 0.002 0.0021 0.1351 0.1031 0.0661 31.799 23.0687 16.6 列表4 控制價(jià)值尺寸 Case1 Case2 Case3 -0.8760 -0.0015 NA NA -0.0220 -0.0000 -0.0350 -0.0000 -0.0000 -0.0473 -0.0215 -0.0564 -0.0000 -0.0000 -0.0000 3.5模型的確認(rèn) 根據(jù)實(shí)際橫向進(jìn)給模型，3個階段的橫向進(jìn)給量能被計(jì)算出來，模型曲線表在Fig.2被描述出，3個最佳狀態(tài)的磨削時(shí)間內(nèi)的動能能通過函數(shù)（19）計(jì)算出來磨削加工動能，這樣第三階段氧化層的深度就也能被算出，對磨削動能和氧化深度的模擬結(jié)果能在Fig.3中被描述出來。 Fig.2顯示出了第三階段的磨削加工是最短的，但是第一階段是最長的。 接下來，因?yàn)榭紤]到在整個控制模型中的輪磨，對于在熱加工中橫向進(jìn)給量在第一種情況下能全部達(dá)到控制的尺寸，因?yàn)樵谧顑?yōu)化多參數(shù)進(jìn)程中輪狀磨削的影響能被合計(jì)出來，和空間的準(zhǔn)確性能被保證。 對在Fig.3中第三種情況在粗加工階段開始時(shí)，磨削氧化由于地磨削能的原因不會出現(xiàn)，但是隨著磨削加工深度的增加，磨削氧化會迅速的出現(xiàn)，氧化層厚度在最后階段被計(jì)算出來，在最后加工階段的精細(xì)加工表面不會出現(xiàn)氧化。 Fig.2. 在三種最佳情況下的橫向加工尺寸 Fig.3.磨削動能，氧化的最佳化深度 4.實(shí)驗(yàn)的落實(shí) 根據(jù)各種各樣的優(yōu)化模型、優(yōu)化策略和優(yōu)化模型結(jié)論，優(yōu)化控制經(jīng)驗(yàn)被應(yīng)用在最佳化的模型中在實(shí)驗(yàn)中軟件被應(yīng)用在實(shí)際磨削過程中。 Fig.4.磨削控制系統(tǒng)圖表 4.1 優(yōu)化控制的經(jīng)驗(yàn)原則一個分階 最優(yōu)化策略被應(yīng)用到一個MMB1320型號的半自動化磨床上，磨床上裝有一個分階馬達(dá)橫向傳動推進(jìn)力?？刂葡到y(tǒng)被舉例說明在Fig.4中。 在實(shí)驗(yàn)中，控制系統(tǒng)調(diào)用了Xiaom和Malkin[6]多參數(shù)控制模型主要輔助程序，輔助程序回復(fù)了一些優(yōu)化控制參數(shù)，這樣控制系統(tǒng)通過PC7505配電盤和分階控制馬達(dá)推助器來控制分階馬達(dá)，同時(shí)用分階馬達(dá)進(jìn)給方案來代替最初的水力馬達(dá)。一個電子顯示儀能在線測量出馬達(dá)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)動能和精確快捷的完成刀具的調(diào)刀。一個現(xiàn)代電子旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器能在線測量出光線的大小、尺寸和圓周度。信號通過電子感應(yīng)原件可以輸入到計(jì)算機(jī)上，依靠一個PC7423轉(zhuǎn)換器進(jìn)行抽樣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成磨削信號和模型的計(jì)算。 Fig.5.對第三種情況的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果 4.2對第三種情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Fig.5顯示的對第三種情況模擬和試驗(yàn)對比結(jié)果，在多參數(shù)優(yōu)化的粗加工階段，精細(xì)加工的表面一定會被氧化，但是在最后階段氧化層被迅速的移動了，這樣在熱加工中在上面那種情況下。 精細(xì)加工過程就不會被氧化，和磨削效益也會在兩級并聯(lián)下得到提高。 5.結(jié)論 這張紙呈現(xiàn)出了一個當(dāng)對對圓筒形磨削加工時(shí)間要求較低并保證部分加工質(zhì)量時(shí)該加工過程的優(yōu)化系統(tǒng)。同時(shí)對比上述的系統(tǒng)，呈現(xiàn)出了一個較為逼真的位置比較完整的系統(tǒng)化參數(shù)，同時(shí)也考慮了時(shí)間的因素，模擬模型和實(shí)驗(yàn)證明了優(yōu)化模型的精確和優(yōu)化策略的可行性。優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)行產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)大大減少了磨削加工時(shí)間。 13 注：