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(gè)時(shí)間作為典型的周期在Fig.1中被舉例說明。代表以一個(gè)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(gè)較慢的速度加工時(shí)的最后加工階段，t3代表以一個(gè)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(gè)磨削過程能被9個(gè)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(zhǎng)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(jiǎn)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(gè)常數(shù)被控制，精細(xì)加工速度v常常作為一個(gè)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(gè)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(gè)：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(duì)限制的主題有；g=p-p0 (不氧化限制) （2）g=z-q0 (氧化限制) （3）g=R-R0 (粗限制) （4）g=RN-RN0 (粗限制) (5)g=r(t+t+t)-r=0 (尺寸限制) （6）g=u-u0, i=1,2 (比較低的進(jìn)給限制 ) (7)g=u-u0, 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(dòng)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(dòng)的深度（當(dāng)，z=0時(shí)，這個(gè)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(gè)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(zhǎng)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(gè)主要情況。第一個(gè)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(gè)打磨階段，和從（2）-（8）的全部函數(shù)出（3）外。第二個(gè)是在臨界氧化階段要求不等式應(yīng)該使g=0。最后一個(gè)是在粗加工下的氧化過程中，這個(gè)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€(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)粗加工階段=u,在最后加工階段=u,整個(gè)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(gè)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(gè)實(shí)際橫向進(jìn)給和打磨深度在整個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)力在多參數(shù)優(yōu)化進(jìn)程中，磨削動(dòng)力是最重要的要素， （19）參數(shù)是一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)深度在完成階段的移動(dòng)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(zhǎng)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(gè)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RN2.4,RN0.98。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(duì)整個(gè)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(gè)固定的最適宜價(jià)值通過反復(fù)計(jì)算，一個(gè)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(duì)3種情況下的，模型表現(xiàn)情況。 當(dāng)3個(gè)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(gè)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) 400k(kg/mm)165d(mm)59b(mm)25V(m/s)30.044n(rpm) 150v(m/s)0.02a(mm)0.0150.81.0163C120m0.50.50.5K0.05(KJ/(m2h)42( )950(kg/m3)7800d(mm)0.2518.1 表格 2 原始狀態(tài) Case1Case2Case3r(mm) 0.250.250.25u(mm/s)0.0250.0350.045u(mm/s)0.000.000.00R(m)0.70.70.7RN(m)0.60.60.6 表格3 最佳的價(jià)值尺寸 Case1Case2Case316.799514.09769.40009.99954.73.70005.00004.27113.50000.01250.02870.03580.00200.0020.00210.13510.10310.066131.79923.068716.6列表4 控制價(jià)值尺寸Case1Case2Case3-0.8760-0.0015NANA-0.0220-0.0000-0.0350-0.0000-0.0000-0.0473-0.0215-0.0564-0.0000-0.0000-0.00003.5模型的確認(rèn)根據(jù)實(shí)際橫向進(jìn)給模型，3個(gè)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(gè)最佳狀態(tài)的磨削時(shí)間內(nèi)的動(dòng)能能通過函數(shù)（19）計(jì)算出來磨削加工動(dòng)能，這樣第三階段氧化層的深度就也能被算出，對(duì)磨削動(dòng)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(zhǎng)的。接下來，因?yàn)榭紤]到在整個(gè)控制模型中的輪磨，對(duì)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(duì)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(huì)出現(xiàn)，但是隨著磨削加工深度的增加，磨削氧化會(huì)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(huì)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(dòng)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(gè)分階最優(yōu)化策略被應(yīng)用到一個(gè)MMB1320型號(hào)的半自動(dòng)化磨床上，磨床上裝有一個(gè)分階馬達(dá)橫向傳動(dòng)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Malkin6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(gè)電子顯示儀能在線測(cè)量出馬達(dá)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)能和精確快捷的完成刀具的調(diào)刀。一個(gè)現(xiàn)代電子旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器能在線測(cè)量出光線的大小、尺寸和圓周度。信號(hào)通過電子感應(yīng)原件可以輸入到計(jì)算機(jī)上，依靠一個(gè)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(hào)和模型的計(jì)算。 Fig.5.對(duì)第三種情況的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果4.2對(duì)第三種情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Fig.5顯示的對(duì)第三種情況模擬和試驗(yàn)對(duì)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(huì)被氧化，但是在最后階段氧化層被迅速的移動(dòng)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(huì)被氧化，和磨削效益也會(huì)在兩級(jí)并聯(lián)下得到提高。5.結(jié)論 這張紙呈現(xiàn)出了一個(gè)當(dāng)對(duì)對(duì)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(duì)比上述的系統(tǒng)，呈現(xiàn)出了一個(gè)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：