模具自由曲面自动研磨加工的实验装置

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在当今竞争日益激烈的市场中,产品周期越来越短,模具制造业正面临严峻挑战。在模具制造过程中,表面研磨和抛光占模具总加工时间的1/3至2/3。目前,大量的打磨和抛光工作是手工完成的,既费时又费力,加工质量较差。它限制了中国模具加工的发展。因此,对磨抛自动化和智能化的研究是模具加工的重要发展趋势。

本文设计了一种用于模具自由表面自动磨削的实验装置,并提出了一种基于模糊控制理论的自动变速模具自由表面自动磨削的方法。在仿真研究中,提出了一种新的变速磨削表面技术,并通过实验验证,该技术基本上解决了平面磨削去除不均匀的问题,为提高自动磨削模具表面的加工质量提供了技术保障。

1模具表面自动磨削装置的组成和工作原理1.装置的组成自动磨削系统由JCS2018A立式加工中心,计算机,调速,调压子系统,磨削装置等组成。如图所示。加工中心控制磨削运动过程的轨迹。研磨设备是系统执行器。调压调速子系统是系统控制的环节,它控制砂轮磨削的转速和压力。计算机实现控制信息的传输。首先是传输CAM软件。磨削轨迹NC程序,第二个是传送速度控制命令,而磨削工具选择球形磨轮。

1.2设备的工作原理设备在受到模具轮廓路径控制的同时会自动接地。

当模具表面自动磨削时,机床的自动进给功能用于控制磨削刀具从Z轴方向到要磨削的工件。工具停在设定的高度。工作结束后,调节磨削压力并启动电动机和“加工中心循环启动”按钮,然后根据输入表面几何条件进行路径控制。经过预定的磨削次数后,磨削设备将随加工中心主轴自动向上移动,并使工件离开设定的高度。这一系列动作仅需要几个步骤。可以办到。

研磨工具采用球形研磨轮。当砂轮磨削自由曲面时,磨点处的压力和线速度会随模具表面的几何形状而变化。通过压力调节和速度调节子系统,可以控制磨削压力和线速度。它保证了模具表面自动磨削表面的表面质量的稳定性。调整电动机速度以控制磨削点的线速度。压力系统可以自动补偿砂轮的磨损。

2模糊控制器的设计是由于以下事实:在加工模具的自由表面时,为了实现曲面的均等加工,砂轮的转速和砂轮的坡度曲面是相关的。必须始终调整砂轮的转速,以实现均匀的加工并确保模具。目的是保持表面质量一致。然而,表面的斜率随时都在变化,并且变化规律很难用精确的数字模型来描述。模糊控制是一种模糊集理论,它直接将在实践中获得的控制经验所形成的陈述规则转换为自动控制策略。不需要精确的数学模型对参数变化不敏感,并且非常适合处理要求。

基于长期的操作经验,作者为均匀地去除磨削而获得了以下重要说明:如果加工表面的坡度较大,则应降低砂轮速度。表面的斜率越大,速度下降越多;表面的坡度小,应提高砂轮的转速。曲面的斜率越小,旋转速度增加得越大。如果加工表面的斜率变化不大,则砂轮的转速可以保持恒定。

带有模糊控制器的系统框图如下所示。 θ是工件表面的切线角(系统适用范围0°45°); S是工作表面倾角的假定标准值。根据实验中积累的经验,θ应用范围的中值为2215°,Y为输出砂轮速度。

选用曲面切线倾角θ(反映斜率大小)与假定标准S (S=2215°)的偏差e=θ- S作为输入语言变量,输出语言变量可选用砂轮转速变化量u,这样就为砂轮转速控制系统选定了一个单输入、单输出的模糊控制器。

2. 1精确量的模糊化由上述关系计算偏差e的变化区间为< - 2215°,2215°>并采用NB (负大),NM (负中),NS (负小),ZO (零),PS (正小),PM (正中),PB (正大)7个模糊状态来描述输入量偏差e,输出量u的变化区间为< - 400,400 >同样采用NB (负大),NM (负中),NS (负小),ZO (零),PS (正小),PM (正中),PB (正大)7个模糊状态来描述输出量u,则e和u的模糊子集分别为:e~={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB } u~={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB }选择适当的量化因子,输入量e的量化因子K e=4 2215,输出量u的比例因子K u=400 4=100.

通过两个量化因子,可以将e和u转换到对应的论域E和U中,E={ - 4,- 3,- 2,- 1,0,1,2,3,4 };U={ - 4,- 3,- 2,- 1,0,1,2,3,4 }

2. 2确定模糊控制规则本模糊控制器为单输入单输出型,根据控制经验,其控制规则表述为:IF e~THEN u~将这些控制经验归纳后,即可得出模糊控制规则状态表如所示。

由于单输入单输出的控制系统用“ IF eTHEN u”描述,所以模糊关系R=e×u是一个9×9矩阵,如图所示。利用模糊关系R,可以获得控制量u=eR,然后根据“峰值中心值”方法进行去模糊处理,并获得精确的响应值,从而得到e和u是对应的。在实际应用中,将上表的内容编程到控制程序中,通过在运行时加载搜索查询表的子程序来实现自动磨削过程的模糊控制。

2。 3自动拆卸条件下砂轮转速模拟,使用系统自动磨削查询程序流程图,其中p为表面倾角为2215°时的砂轮转速,尺寸及原底面条件工件被磨碎后,表面处理要求和工件硬度都与整体情况有关。输入,AB为凹面,BC为凸面,可以得到自动磨削过程的砂轮速度控制曲线,如图所示。

3实验验证根据速度模拟测试的结果,对工件进行变速自动磨削实验。工件材料为45钢,工件的原始表面粗糙度在6至7μm之间,并且砂轮沿工件的曲线进给。图4所示为实验结果,其中纵坐标的相对变化曲线是变速加工的结果,而相对变化的曲线是恒速加工的结果。从图中可以看出,在相同速度的磨削下,工件表面的曲率半径大,工件的去除量大,曲率半径小,去除量小,因为砂轮在曲率半径较大的地方具有较大的线速度。同时,加工压力也很大,因此工件的表面去除量随工件的曲率半径非常不均匀。根据砂轮的模拟曲线,进行变速磨削,工件的表面去除量相对均匀,两次磨削过程中工件的表面粗糙度均匀。基本上是一致的,这是因为工件的表面粗糙度是由砂轮本身的特性决定的。可以看出,变速磨削加工方法基本上可以使去除量D e均匀,同时,可以基本上保持表面粗糙度Ra。

4结论本文采用自行设计的自动磨削系统来模拟和实验研究变速磨削速度。结论如下:(1)基于模糊控制,该装置结构简单,操作方便,成本低廉。原理上,针对不同工件表面形状进行变速模拟,利用模拟结果和装置实现变速磨削,结果表明工件表面去除均匀,表面粗糙度一致,表面加工质量得到提高。

(2)使用变速研磨装置,工件的表面粗糙度可以达到110μm,并且可以在抛光精加工的基础上更换抛光轮,从而实现了模具表面的自动精加工,而不是人工研磨。需要为下一次实践研究打下基础。

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