708 陶瓷抛光机旋风磨头机构的设计【全套10张CAD图+开题报告+文献翻译+说明书】
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陶瓷
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摘 要
旋风磨头是用于粗磨机对瓷砖进行加工的执行部件，是比较新式的磨头，该磨头是采用八组高速旋转的金刚石砂轮对瓷质砖表面进行刚性磨削，对抛光砖进行粗加工，使砖面平整细滑，减小粗抛磨块的消耗量，降低生产成本，提高了生产效率。
本设计主要是对于旋风磨头的磨轮高速自转和磨头慢速公转进行结构设计和计算。由于两个传动的转速差较大采用两个电机分别进行驱动。磨轮的自转设计为大锥齿轮啮合八个小锥齿轮进行转动，用于实现金刚磨轮的高速自转，磨头的公转采用蜗轮蜗杆传动设计用来实现磨头的公转，并且分别对锥齿轮和蜗轮蜗杆进行了强度校核。本设计还对磨头中各轴、轴承和键进行了强度校核。使用CAD绘制完二维视图后还采用PRO/E建模对箱体壳体进行重量计算。
关键词：陶瓷抛光，旋风磨头，锥齿轮，蜗轮蜗杆
- 内容简介：
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端铣削自适应切削力的模糊控制策略 摘要 这篇文章讨论了在高速端铣削时的切削力的模糊适应的控制策略。这项研究是关于运用标准计算机数字控制装置来忧化金属切削过程的整合自适应性控制。它被设计成服务于允许在刀具上对长时间复杂成形加工很有益的切削力时适应性地使切削速度最大化的控制 有力的人工神经控制器协助自适应协调切削速度来防止过分的刀具磨损，即刀具的磨损量和保持高的排屑率。许多的仿真和实验用来肯定这个体系的功效。 关键词：端铣；自适应力控制；模糊 一个 统遗留下来的缺 点是加工参数，如进给速度，切削速度和深度，被离线编程。加工参数通常在加工前根据编程者的经验和加工手册被选择。为了防止损害和避免加工失败。运行的条件通常被设置的很保守。结果是，有很多的统运行于远远低于忧化标准运行条件下效率差。即使加工参数在离线时通过忧化计算法忧化了，在加工过程中它们也不能被协调起来。为了确保加工产品的质量，为了降低加工成本和提高加工的效率，协调实时加工的参数来符合忧化的加工标准是有必要的。由此，提供在线运行下协调的自适应控制，被有兴趣地研究起来。在我们的自适应控制系统中，不管是在切削 条件下变化时，进给速度总是在线协调下来保持一个常数切削力。在这篇文章中，一个简单的模糊控制策略被在智能系统和一些运用模糊控制策略的实验性的仿真中发展起来。结果证明这个目标系统有效地控制在一般端铣削条件下的峰值切削力。力的控制运算法则已经被众多的研究者开发和评估了。被固定的增加比例积分控制器，先前是为铣削现为了一个可协调的增加比例积分控制器，在那里控制器根据变化的切削条件被协调。完整的自适应参考模拟，自适应控制装置方法最初是被 些控制器被模拟和求解及实际上地被实现。两项研究发现 全布三参数自适应控制器执行得比已固定的递增积分器要好。关于模糊控制系统， 供了一个先驱活动的介绍性调查，另一个系统性观念被提出。模糊系统对照比例积分微分控制和模糊系统的稳定性分析及管理模糊控制在 3中反映 于为铣削的自适应切削力控制很多的工作已经被做。然而，很多以前的工作把问题简单化在一个自由度运动上。这次投稿中，我们将考虑到三个自由度上铣削的切削力。文章的组成如下。第二部分主要描述全面的力控制策略。第三部分包括了 工模拟 实验和目标控制计划 执行的方法。最后，第六和七部分展现实验结果，结论和以后研究的建议。 一个新的在线控制计划，这个计划被称作自适应模糊控制，是通过使用模糊集合论开发的。这个方法的基本思想是合并人操作者在控制设计中的经验。这个控制策略是用公式表达成许多的规则，这些规则手工执行很简单但是对于用一般的数学运算法则来实现很困难。基于这个新的控制策略，很多复杂的过程能够标准方法似的更容易地和更精确地被控制。模糊控制的目标是保持金属切除率，能可能的高和保持切削力尽可能地接近一个给定的参照值。此外，计算任务和时间可 能就像金典或者现代控制理论那样被减少。示意性的控制规则通过使用真实的实验数据被构造出。模糊自适应控制确保了连续地忧化进给速度的控制。这个控制是自动被协调到每一个特殊的切削情况。当轴的负载低的时候，系统增加切削进给到或者超过预先编程的进给速度，直接导致循环周期和产品成本相当大的减少。当轴的负载高时，进给速度就被降低，以保护工作母机不损害和损坏。当系统侦测到极端的切削力时，它会自动停机来保护切削工具。它减少了一定的操作者的监督管理。在线铣削忧化的步骤次序如下： 制器。 出的切削力被送到模糊控制器。 调）忧化的进给速度，将它送回到机器。 自适应切削力控制器协调进给速度是基于一个测量出的峰值切削力通过布置一个进给速度超过 制器在四轴上的百分比， 真实的切削速度是超过部分和已编程的进给速度。如果进给速度忧化模拟是完美的，忧化的进给速度也将总是等于参照的峰值力。在这种情况下，超出部分的正确率将是 100%。为了控制器调整峰值力，力的信息必须在每个采样时间对控制运算法则是有用的。一个探测软件被用来提 供这些信息。 个模糊控制器的结构 在模糊过程控制中，专门技术被压缩成一个根据关于人操作标准和输入输出关系的系统。运算法则是基于操作者的知识但考虑到过程编辑通过改写误差，它也包括了控制理论。 从而，控制器有输入切削力误差 F 和第一次不同误差 2F，输出变化的进给速度 f。模糊控制变化和规则创基础创建从专家操作者那带走。切削力误差和第一次误差的差异被计算，在每一个采样时间 k，如 _F(k) = F(k)和 _2F(k) =_F(k)_F(k1),这里 F 是测量的切削力， 力的设定点。 工模拟 在进行实验测试之前，一个 工模拟模拟器被用来估算控制者的设计。 过程模拟由人工神经力模拟和进给驱动模拟。人工神经力模拟基于切削条件和已描述的形状切削估算切削力。进给驱动模拟模拟机器对已指定进给速度变化的反应。进给驱动模拟通过检查步的已指定速度的改变被决定。最好的模拟被发现是一个频率为 3节拍时间为 二级命令系统。对比实验和仿真从 7 到22mm/s 图 3 显示的速度步调改变结果。进给驱动和人工神经力模拟被结合形成工模拟。模拟输入是已指定的进给速度，输出是 X、 Y 合成的切 削力。切削形状在人工神经力模拟中被定义。模拟器通过比较实验和模拟仿真结果被修改。伴随进给速度改变的各种切削被确定。从 2mm/一步改变，实验和仿真合力展现如图 4。实验结果与在平均和峰值力方面模拟结果联系的很好。明显的差异可能是因为人工神经模拟和没有模拟的系统编辑器的错误。 削力模拟 为明白在线切削力模拟，基于流行的反馈原理，一个标准 工神经网络（ 提出在预备实验期间，它被证明是很有可能直接从实验加工数据提取力模拟。它被用来模拟切削过程。用来模拟的 要为进给速度 f，切削速度削轴向深度 切削径向深度 个输入人工神经元。 输出是切削力的要素，因此需要两个输出神经元。带优化参数使用的 细的布局和神经元的数学原理如图 5 所示。最好的 置包含 5， 3 和 7 在隐藏层隐藏的神经元。 经网络的布局和其模拟问题的自适应性 布局的效果也通过考虑不同的情况而被研究。通过改变在隐藏层的人工神经元的个数来改变布局。为估计个别与神经网络性能有关程序参数的效果， 40 个不同网络被训练，测试和分析。网络性能使用 输入输出层的神经元数通过输入输出参数的数量来决定。由结果得到的如下所述结论： 为了最小化判断误差，比率在 间是好的。然而，如果程序周期数也是最小化，掌握比率应该不超过 最佳的隐蔽层节点数是 3 或 到 12 或不是 3 或 6 的网络也表现的好但是导致更高的程序周 期。 用正弦函数的网络需要最低的程序周期数，紧跟的是正切函数而用双曲线切线那些需要更高的程序周期。 用在这个获取系统的数据获取设备由测力计，固定模块，硬件和软件如图 1所示。切削力使用安在工件和工作台压电测力计测量。当刀具正在切削工件时，力将通过刀具施加到测力计。在测力计上的压电石英产生形变，电荷将会产生。电荷然后通过连接电缆传递到多通道电荷放大器。电荷然后使用多通路放大器放大。在多通路电放大器中，不同参数能被调整以完成必需解决的。在放大器的输出端，电压将对应于取决于设置在放大器中参数的力。接口硬件模块由连接设计块，模拟信号协调模块和一个 16 通道 A/D 接口板 (在 A/D 板里，模拟信号将转变成数了信号，以使 件能读和接收数据。用 ， Y 和 Z 方向的力。用这个程序，三个轴向力要素能同时获得，并能为分析力的变化而显示在屏幕上。选 直径 16螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀来加工。前角 12 度 立铣刀被选。立铣刀的材料是 上 却液 来冷却。模糊控制被智能操纵器模块（ 修正进给速度被递到力控制软件和 床之间 信设备。控制器能通过存储器共享。在频率 1出部分的进给速度，可变 分配力控制软件有用。 为检查自适应模糊控制策略的稳定性和耐用度，通过用 拟来检查系统。然后，通过在一个 床的对 工件改变切削深度的不同实验来改变系统（如图 6） 6螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀被选来进行实验 。切削条件为：铣削宽度 3 削深度 2切削速度 80m/模糊控制的参数相同于对传统系统性能的实验。用模糊控制结构如图 1，忧化进给速度，想要的切削力是 = 280 N,预编程的进给是 许调整率为 0150%。当切削深度改变时，图 7 是切削力和进给速度的反映。它显示出实验结果，结果中进给速度在线调整来保持切削力在最大想要值。模拟控制器响应在轴向深度一步改变，显示如图 6面铣刀，在2000 ,正遇到一步从轴向深度从 3 到 改变。这步改变发生在 2s，在 控制器返回峰值成参考峰值力在这项研究中模糊控制器的稳定性通过模拟被估算。用在过程增益中小和大步改变测试模拟是为确保系统稳定在一定范围条件内。小的过程增益改变用一个在 2000速下从 3 到 向深度改度来模拟。大的增益改变用一个轴向深度在 2000从 3 到 6变来模拟。伴随很少的性能降低系统在全布模拟仿真中保持稳定。 在用不变进给速度（常用切削，如图 7a）的第一次实验中 ,仅在最后一 步时达到它的固有值。然而，在第二次测试中，使用模糊控制加工相同的工件，平均完成的 接近固有的 。对比图 7a 和 b，人工神经控制铣削系的在切削力是保持在 240N 左右，自适应铣削系统的进给速度接近于传统 点到 D 点。从 A 点到 C 点，自适应铣削系统的进给速度高于正统统，因此 ，自适应铣削系统铣削效率提高了。实验结果显示出 能提高高到 27%。相比于大多数的现有端铣削控制系统，目标模糊控制系统有下列优势： 具形状和工件材料的改变敏感； 易实现； 定性，比标准的控制器有更高加工效率。实验显示模糊控制器比传统控制器有重大的优势。主要的优势是一个控制器快速响应复杂传感输入而在传统控制器上老的控制运算法则下运行速度受限制。当前研究显示模糊控制比传统控制器有很大的优势。 第一 个 优势是一个模糊控制器能有效率地利用在计划和执行一个控制动作方面比一个工人更巨大的感官信息。 第二个优势是模糊控制器快速响应复杂的传感输入而在传统控制器的传统控制法则下的执行速度受到严格的限制。 这次投稿的目的是为介绍一辅助自适应调整进给速度来防止过度刀具磨损，刀具破损和保持高的金属去除率的可靠而耐用的模糊力控制器。带自适应控制策略的智能铣削实验结果表明模糊控制器有高的耐用度和完全稳定性。方法成功应用于实验 削加工中。目标在线最佳切削条件决定系统在这篇文章中应用于球端铣削，但显然此系统也可延伸到其它的机床上来提高切削效率。 2005) an in F. M. 7, 2000 of to of in is a It is to to on is is to a at a of of NC is as of in to To to a NC if 5 be of to it in of is 3is in to in of in a in +386 2 220 7623; +386 2 220 U. 2005 4. et 4 I of in to in 2. 1. to I As of is 3, a is 4. of of on 2. of of we et , is (1) is by of is to of a in of as a of to to on be to of is as as as to a of be or by is to in in it to It of of 1. of 2005) NC to to it to of by to NC on a is of If be to In 00%. In to at A is of a is in of of is on it as in 2) as as of k, k)=(k) k)=k)k1), is et 1. to in by in to be a a Hz a .4 s. of a 2 mm/s is NC is is , Y is in is by of A of 2005) a mm/is of 3. of et , of a is on to be of It N f), of of N of N 2005) of 5. N , 3 in of of is by by in To of on of 0 5: of of by be et , if of is to be of . 2 , in of by of in of as 1. a is to in be be is is In be so be at to in of a 2005) a 16 ( In , be a so is to be , Y be be on of 2166 mm 021630C 4040C 1025. FM by to C is is at a of is by is by on a k 45 k(of 6)6 mm 0. et (2005) 1 to = 280 N,mm/0150%7 is of is It 6. 3 D= 2 mm 80 m/as is to at to a in 8. a 16 mm,000 a .2 to .5 s. In is by in a of .2 mm at a an mm 000 in (a) b) et (7a) RR in 7b), RR to 7a b, is at 40 N, is to of to . to of NC so of is RR be by up 7%. As to of 3: 1. to in 3. to 4. a 23452005) , is a to of in a is is a of in a an is a in a of is to a at of to an of is to in it is be to A C J. 8 (2000) 399J. of A 19 (2003) 113A J. 19 (2002) 736Cho 开题报告 题 目 陶瓷抛光机旋风磨头机构的设计 学生姓名 班级学号 专业 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 2000 字 以上 的文献综述。 随着中国经济的快速发展，人们生活水平的持续提升，中国老百姓对陶瓷墙地砖的消费也产生了多样化的需求，抛光砖的产销量仍然保持强劲增长之外，釉面砖的需求不知不觉间悄然兴起，近两年以来愈来愈红火的“复古砖”现象就是这种需求的具体表现。而陶瓷砖的生产是由建筑陶瓷机械来完成的。 改革开放以前，我国建材机械工业十分弱小，附属于几个产瓷区的陶机厂是在修理厂的基础发展起来的 国有企业，生产设备落后，产品质量低、产量小。近十几年来，由于建材行业的高速发展，建材机械工业亦得到了极其迅猛的发展。特别是经过 “ 九 五 ” 、 “ 十五 ” 的项目攻关开发、研究，在原有引进、消化、吸收的基础上 ， 建筑陶瓷国产生产线装备的生产技术水平有了很大的提高，包括原料制备装备、成形设备、干燥施釉装饰设备、烧成设备、抛光装备等已基本实现了建筑陶瓷生产的整线国产化。 截止 2000 年底，在我国现在仍生产的 2900 条建筑陶瓷生产线中，瓷质砖抛光线共有580 条，其中进口线约占 30，大多进口线为 97 年以前引进，其余 70%为 95 年开始投放市场的国产线。在广东地区 984 条建筑陶瓷生产线中，瓷质砖抛光线有 387 条，约占全国瓷质砖抛光线总量的 70左右。 1992 年中国第一台陶瓷磨边机、 1994 年中国第一台陶瓷刮平定厚机、 1995 年中国第一台陶瓷抛光机诞生。 96 年开始，由以上产品组成的具有国际先进技术水平的国产陶瓷抛光线开始大量替代进口产品，并以其良好的价格性能比优势，开始小批量出口南美、中东、东南亚等国家。瓷质砖抛光设备的国产化，极大推动了我国建陶抛光砖市场的极大发展。 据对我国瓷质砖生产厂家新建、技改的需求统计分析。我国建筑陶瓷企业 1999 年对瓷质砖抛光线的总需求量约 110 条， 2000 年总需求量为 125 条。目前，我国建筑陶瓷企业产品结构调整的主要方向是向高档有釉砖或中高档抛光砖调整，厂家对抛光线设备和高水平釉线设备的需求保持着稳定增长的态势。 国家 “ 十一五 ” 期间将继续扶持机电一体化机械装备的研发与生产 ， 大力振兴装备制造业 ， 进行重点技术改造 ， 提高设计与制造水平 ， 推进机电一体化 ， 为各行业提供先进和成套的技术装备 。 陶瓷行业未来的发展方向是“总量控制，结构调整”。产业政策和市场环境促使我国陶瓷行业从数量价格竞争转向技术和质量的竞争，陶瓷企业出 路的一个重要方面在于技术设备改造和产业升级，然而建陶产业的升级，客观上需要上游产业建陶制造装备技术进步的支持，这就为一些科技含量高、新产品开发能力强的陶机生产企业提供了巨大的市场机会，同时客观上要求他们加大技改和研发投资，面对来自国内和国际的竞争。 陶瓷抛光砖在国内市场风行以来，各种利用机械加工瓷砖以提高产品档次的方法不断涌现，如水刀切割、圆弧抛光、线条抛光等等。深加工已经成为陶瓷产品锦上添花的主要手段之一，在提高产品附加值方面大有可为。为陶瓷深加工专门制作的深加工机械是陶瓷机械行业中的后起之秀，近年来在国 内外的需求呈现急剧上升的势头。 抛光机是瓷砖深加工，也就是生产抛光砖的关键生产设备，抛光加工由两台的抛光机完成，第一台进行精磨、粗抛，第二台进行半精抛、精抛。根据抛光磨头所用磨料的粗细，按工艺将抛光机分为粗抛机和精抛机，但机器结构及工作原理完全相同。其结构主要由机架、横梁、磨头、导轨、调节机构及输送系统等组成。抛光过程是：瓷砖由主传动皮带送到机内 ,有砖检测装置检出有砖进入 ,磨头上的气缸动作 ,使旋转的磨头缓慢下降 ,磨轮对瓷砖表面进行磨削抛光 ,瓷砖经过若干个个磨头的抛光后由人工取料。连续进砖 ,磨头便对瓷砖连续磨 削。采用先进的磨头对陶瓷墙地砖表面进粗磨抛光的，有效率高、加工表面质量好、破损率少等优点，经抛光机加工的瓷砖表面可达镜面光度。 谈到陶瓷深加工的前景，个人认为，陶瓷产品要提高档次，必定离不开深加工技术。深加工，其实是对陶瓷产品起了锦上添花的作用，有助于企业增加产品附加值和提高经济效益。如佛山某企业今年的最新产品线条抛光机，就是根据客户的要求将陶瓷深加工成木线的形状和效果，与抛光砖搭配使用，不仅提高了产品档次，还产生了富贵华丽，蓬荜增辉的艺术效果。而这一切都是建筑陶瓷机械的功劳。这是一个很有前途的行业和机械， 随着人们对居住环境艺术性要求的提高，陶瓷深加工行业和机械的前景将会更好。 要研究内容、研究思路及方案。 本课题所涉及的抛光机是广泛用于陶瓷地砖 、石材等建材产品精磨、抛光的生产设备，其特点是对脆性材料进行磨削，要求加工后的表面平整、无划痕，达到镜面光亮而且破损率低。因此要求其关键部分 磨头驱动部分必须有良好的动态性能。 磨头驱动部分是瓷质抛光机的关键设备，目前，瓷砖抛光机所使用的磨头种类大致有三种： 1. 摆动式磨头，即磨头伸展出 6 个或 7 个摆脚，工作时磨头以 420 500 转 /分钟的速度旋转，同时摆脚以 50 80/分钟的频率左右往复摆动，以实现磨削时磨块对砖坯是线接触而非面接触。这种磨头使用最广泛，适合于粗磨和精磨阶段。 2. 滚动式磨头，即磨头向外伸展出 6 根轴，每根轴上各安装一个圆筒形砂轮磨具，工作时磨头以 420 500 转 /分钟的速度旋转，圆筒形磨具以 50 80/分钟的速度绕自身轴线旋转。这种磨头与摆动式磨头相比较，生产效率可以提高 10%以上，主要用于粗磨阶段。 3. 旋风磨头，它的结构特点是向外伸展出 8 根轴 ，每根轴上各安装一个圆筒形金刚磨轮，磨头由 2 根电机驱动产生两个动作，一是每根轴上的金刚磨轮自身的高速自转（转速高达 2700 转 /分钟），二是整个磨头带动八个金刚磨轮的低速公转（转速为 70 转 /分钟）。 这种磨头与滚动式磨头有些相似，但区别也是很明显的，前者使用金刚磨具，并由两个电机驱动，自转高速，公转低速；而后者则是使用普通磨料磨具，仅由一个电机驱动，自转低速，公转高速。旋风磨头可取代原来的刮平磨头，适用于刮平阶段和粗磨阶段。 本设计所研究的是陶瓷抛光机的旋风磨头机构。旋风磨头是粗磨机对瓷砖进行加工的执行部件，是 比较新式的磨头，该磨头是采用八组高速旋转的金刚石砂轮对瓷质砖表面进行刚性磨削，对抛光砖进行粗加工，使砖面平整细滑，减小粗抛磨块的消耗量，降低生产成本，提高了生产效率。 设计的主要研究就是从运动学理论、空间机构学理论抛光机磨头旋风传动机构，因为旋风磨头的传动机构是一个高速、增速机构。这必将引起高温、噪声等问题，所以伞齿轮组润滑、密封、降温等是本机构的设计要点。希望可以通过本设计的研究以求得一个性能良好且从动件振动小的设计方案，改善陶瓷抛光机的性能，降低磨头的振动及故障率，提高瓷地砖的表面质量，降低震碎率。 主 要的研究思路及方案为： 在旋风磨头中，伞齿轮组是用于实现金刚磨轮的自转，是一个高速、增速的运动副，并且又是八个的齿轮组，所以是最重要的机构，设计时着重考虑了机构的强度、寿命和噪声问题。主要的解决方案为采用大模数的格里森制螺旋伞齿轮形式，因为格里森伞齿轮有着比直齿伞齿轮更好的啮合性能，承载能力高，运转平稳，噪声小。同时，还采取了提高齿轮精度和降低齿面表面粗糙度，合理的齿轮安装间隙等措施来降噪，取得了明显的效果。齿轮材料使用 20经渗碳淬火，提高齿轮的齿面硬度，从而提高齿轮的寿命。 由于磨轮的转速很高，如果采用同一个动力源的话那减速机构会比较庞大，因此采用双电机的形式。磨头的公转采用一个公转电机再加上螺杆减速机构就可以实现磨头的公转问题。 在伞齿轮啮合处由于转速较高且温度也较高可以采用浸浴的方式并且可以选择极压齿轮油。 在磨头小伞齿轮轴端的密封是一个关键，因为这里转速度高，温度高，很容易就产生泄漏，可以考虑采用骨架密封圈和密封环等。 因为磨头工作时产生高温，可以采用大流量压力水源来对着磨头喷水。 旋风磨头的设计参数为： 磨头转速： 50 80 转 /分钟，公转阻力矩： 300 320 牛米； 磨轮转速： 2500 2800 转 /分钟，自转阻力矩： 7 10 牛米； 磨头直径： 500 600计时，在确定了方案的基础上，进行总体设计和详细设计，绘制抛光机磨头总图和主要零部件图，要求结构合理，操作方便。图纸要求符合国家有关标准规定，图面清晰，投影正确。并且撰写毕业设计说明书。 第 7学期 14 20周：收集资料，文献综述、开题报告 第 8学期 1 4周：毕业实习 第 8学期 5 7周：总体结构方案设计、外文翻译 第 8学期 8 12周：磨头主要零部件设计，撰写毕业设计说明书 第 8学期 13 14周：设计修改完善 第 8学期 14 15周：毕业设计评阅 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 d e l l - 7 , b B . : 端铣削自适应切削力的模糊控制策略 摘要 这篇文章讨论了在高速端铣削时的切削力的模糊适应的控制策略。这项研究是关于运用标准计算机数字控制装置来忧化金属切削过程的整合自适应性控制。它被设计成服务于允许在刀具上对长时间复杂成形加工很有益的切削力时适应性地使切削速度最大化的控制 有力的人工神经控制器协助自适应协调切削速度来防止过分的刀具磨损，即刀具的磨损量和保持高的排屑率。许多的仿真和实验用来肯定这个体系的功效。 关键词：端铣；自适应力控制；模糊 一个 统遗留下来的缺 点是加工参数，如进给速度，切削速度和深度，被离线编程。加工参数通常在加工前根据编程者的经验和加工手册被选择。为了防止损害和避免加工失败。运行的条件通常被设置的很保守。结果是，有很多的统运行于远远低于忧化标准运行条件下效率差。即使加工参数在离线时通过忧化计算法忧化了，在加工过程中它们也不能被协调起来。为了确保加工产品的质量，为了降低加工成本和提高加工的效率，协调实时加工的参数来符合忧化的加工标准是有必要的。由此，提供在线运行下协调的自适应控制，被有兴趣地研究起来。在我们的自适应控制系统中，不管是在切削 条件下变化时，进给速度总是在线协调下来保持一个常数切削力。在这篇文章中，一个简单的模糊控制策略被在智能系统和一些运用模糊控制策略的实验性的仿真中发展起来。结果证明这个目标系统有效地控制在一般端铣削条件下的峰值切削力。力的控制运算法则已经被众多的研究者开发和评估了。被固定的增加比例积分控制器，先前是为铣削现为了一个可协调的增加比例积分控制器，在那里控制器根据变化的切削条件被协调。完整的自适应参考模拟，自适应控制装置方法最初是被 些控制器被模拟和求解及实际上地被实现。两项研究发现 全布三参数自适应控制器执行得比已固定的递增积分器要好。关于模糊控制系统， 供了一个先驱活动的介绍性调查，另一个系统性观念被提出。模糊系统对照比例积分微分控制和模糊系统的稳定性分析及管理模糊控制在 3中反映 于为铣削的自适应切削力控制很多的工作已经被做。然而，很多以前的工作把问题简单化在一个自由度运动上。这次投稿中，我们将考虑到三个自由度上铣削的切削力。文章的组成如下。第二部分主要描述全面的力控制策略。第三部分包括了 工模拟 实验和目标控制计划 执行的方法。最后，第六和七部分展现实验结果，结论和以后研究的建议。 一个新的在线控制计划，这个计划被称作自适应模糊控制，是通过使用模糊集合论开发的。这个方法的基本思想是合并人操作者在控制设计中的经验。这个控制策略是用公式表达成许多的规则，这些规则手工执行很简单但是对于用一般的数学运算法则来实现很困难。基于这个新的控制策略，很多复杂的过程能够标准方法似的更容易地和更精确地被控制。模糊控制的目标是保持金属切除率，能可能的高和保持切削力尽可能地接近一个给定的参照值。此外，计算任务和时间可 能就像金典或者现代控制理论那样被减少。示意性的控制规则通过使用真实的实验数据被构造出。模糊自适应控制确保了连续地忧化进给速度的控制。这个控制是自动被协调到每一个特殊的切削情况。当轴的负载低的时候，系统增加切削进给到或者超过预先编程的进给速度，直接导致循环周期和产品成本相当大的减少。当轴的负载高时，进给速度就被降低，以保护工作母机不损害和损坏。当系统侦测到极端的切削力时，它会自动停机来保护切削工具。它减少了一定的操作者的监督管理。在线铣削忧化的步骤次序如下： 制器。 出的切削力被送到模糊控制器。 调）忧化的进给速度，将它送回到机器。 自适应切削力控制器协调进给速度是基于一个测量出的峰值切削力通过布置一个进给速度超过 制器在四轴上的百分比， 真实的切削速度是超过部分和已编程的进给速度。如果进给速度忧化模拟是完美的，忧化的进给速度也将总是等于参照的峰值力。在这种情况下，超出部分的正确率将是 100%。为了控制器调整峰值力，力的信息必须在每个采样时间对控制运算法则是有用的。一个探测软件被用来提 供这些信息。 个模糊控制器的结构 在模糊过程控制中，专门技术被压缩成一个根据关于人操作标准和输入输出关系的系统。运算法则是基于操作者的知识但考虑到过程编辑通过改写误差，它也包括了控制理论。 从而，控制器有输入切削力误差 F 和第一次不同误差 2F，输出变化的进给速度 f。模糊控制变化和规则创基础创建从专家操作者那带走。切削力误差和第一次误差的差异被计算，在每一个采样时间 k，如 _F(k) = F(k)和 _2F(k) =_F(k)_F(k1),这里 F 是测量的切削力， 力的设定点。 工模拟 在进行实验测试之前，一个 工模拟模拟器被用来估算控制者的设计。 过程模拟由人工神经力模拟和进给驱动模拟。人工神经力模拟基于切削条件和已描述的形状切削估算切削力。进给驱动模拟模拟机器对已指定进给速度变化的反应。进给驱动模拟通过检查步的已指定速度的改变被决定。最好的模拟被发现是一个频率为 3节拍时间为 二级命令系统。对比实验和仿真从 7 到22mm/s 图 3 显示的速度步调改变结果。进给驱动和人工神经力模拟被结合形成工模拟。模拟输入是已指定的进给速度，输出是 X、 Y 合成的切 削力。切削形状在人工神经力模拟中被定义。模拟器通过比较实验和模拟仿真结果被修改。伴随进给速度改变的各种切削被确定。从 2mm/一步改变，实验和仿真合力展现如图 4。实验结果与在平均和峰值力方面模拟结果联系的很好。明显的差异可能是因为人工神经模拟和没有模拟的系统编辑器的错误。 削力模拟 为明白在线切削力模拟，基于流行的反馈原理，一个标准 工神经网络（ 提出在预备实验期间，它被证明是很有可能直接从实验加工数据提取力模拟。它被用来模拟切削过程。用来模拟的 要为进给速度 f，切削速度削轴向深度 切削径向深度 个输入人工神经元。 输出是切削力的要素，因此需要两个输出神经元。带优化参数使用的 细的布局和神经元的数学原理如图 5 所示。最好的 置包含 5， 3 和 7 在隐藏层隐藏的神经元。 经网络的布局和其模拟问题的自适应性 布局的效果也通过考虑不同的情况而被研究。通过改变在隐藏层的人工神经元的个数来改变布局。为估计个别与神经网络性能有关程序参数的效果， 40 个不同网络被训练，测试和分析。网络性能使用 输入输出层的神经元数通过输入输出参数的数量来决定。由结果得到的如下所述结论： 为了最小化判断误差，比率在 间是好的。然而，如果程序周期数也是最小化，掌握比率应该不超过 最佳的隐蔽层节点数是 3 或 到 12 或不是 3 或 6 的网络也表现的好但是导致更高的程序周 期。 用正弦函数的网络需要最低的程序周期数，紧跟的是正切函数而用双曲线切线那些需要更高的程序周期。 用在这个获取系统的数据获取设备由测力计，固定模块，硬件和软件如图 1所示。切削力使用安在工件和工作台压电测力计测量。当刀具正在切削工件时，力将通过刀具施加到测力计。在测力计上的压电石英产生形变，电荷将会产生。电荷然后通过连接电缆传递到多通道电荷放大器。电荷然后使用多通路放大器放大。在多通路电放大器中，不同参数能被调整以完成必需解决的。在放大器的输出端，电压将对应于取决于设置在放大器中参数的力。接口硬件模块由连接设计块，模拟信号协调模块和一个 16 通道 A/D 接口板 (在 A/D 板里，模拟信号将转变成数了信号，以使 件能读和接收数据。用 ， Y 和 Z 方向的力。用这个程序，三个轴向力要素能同时获得，并能为分析力的变化而显示在屏幕上。选 直径 16螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀来加工。前角 12 度 立铣刀被选。立铣刀的材料是 上 却液 来冷却。模糊控制被智能操纵器模块（ 修正进给速度被递到力控制软件和 床之间 信设备。控制器能通过存储器共享。在频率 1出部分的进给速度，可变 分配力控制软件有用。 为检查自适应模糊控制策略的稳定性和耐用度，通过用 拟来检查系统。然后，通过在一个 床的对 工件改变切削深度的不同实验来改变系统（如图 6） 6螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀被选来进行实验 。切削条件为：铣削宽度 3 削深度 2切削速度 80m/模糊控制的参数相同于对传统系统性能的实验。用模糊控制结构如图 1，忧化进给速度，想要的切削力是 = 280 N,预编程的进给是 许调整率为 0150%。当切削深度改变时，图 7 是切削力和进给速度的反映。它显示出实验结果，结果中进给速度在线调整来保持切削力在最大想要值。模拟控制器响应在轴向深度一步改变，显示如图 6面铣刀，在2000 ,正遇到一步从轴向深度从 3 到 改变。这步改变发生在 2s，在 控制器返回峰值成参考峰值力在这项研究中模糊控制器的稳定性通过模拟被估算。用在过程增益中小和大步改变测试模拟是为确保系统稳定在一定范围条件内。小的过程增益改变用一个在 2000速下从 3 到 向深度改度来模拟。大的增益改变用一个轴向深度在 2000从 3 到 6变来模拟。伴随很少的性能降低系统在全布模拟仿真中保持稳定。 在用不变进给速度（常用切削，如图 7a）的第一次实验中 ,仅在最后一 步时达到它的固有值。然而，在第二次测试中，使用模糊控制加工相同的工件，平均完成的 接近固有的 。对比图 7a 和 b，人工神经控制铣削系的在切削力是保持在 240N 左右，自适应铣削系统的进给速度接近于传统 点到 D 点。从 A 点到 C 点，自适应铣削系统的进给速度高于正统统，因此 ，自适应铣削系统铣削效率提高了。实验结果显示出 能提高高到 27%。相比于大多数的现有端铣削控制系统，目标模糊控制系统有下列优势： 具形状和工件材料的改变敏感； 易实现； 定性，比标准的控制器有更高加工效率。实验显示模糊控制器比传统控制器有
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