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郭付增
毕业设计
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河南理工大学本科毕业设计说明书（论文） 翻译部分 材料处理技术日记 圆筒形磨削程序中多参数的最佳化和控制 来自中国长春市、吉林大学、机械科学和工程学学院短文摘要： 这个论文提到的氧化点超过了传统不敢想象的氧化极限，实验显示最适宜策略是允许氧化在粗打磨阶段中出现，但是到氧化的最后阶段氧化层到底能累计变形到哪里。以最基本的磨削模型为基础，在这张纸上，多参数的打磨程序所最需的客观功能和限制功能被建立，非线性的最适宜磨削控制的参数已经通过计算机模拟被获得。而且真实的打磨程序已经被这些参数所控制。实验的结果证实了最适宜的模型和最适宜的策略可行性的正确。这张纸已经在打磨自动化、虚拟打磨和智能打磨系统方面引起了一些新的情况。1. 简介： 对传统的打磨过程众所周知，打磨氧化被完全禁止，所以研究人员总是专门去寻找提高打磨的效率和控制加工过程中不氧化的方法，因此控制打磨氧化变形，成了提高打磨加工效率必须考虑的因素。这个论文提到的氧化点超过了传统不敢想象的氧化极限，根据传统的多参数最优化的理论，一个客观的功能模型和系列约束功能模型的建立，和一个多参数优化策略的提前提出，允许了打磨氧化在粗加工阶段的出现，但是氧化堆积层能被去除在打磨加工的最后阶段。 当要求加工高质量系统化令人满意的加工工件时，平常的最佳化目标是在圆筒形的钻进打磨中将时间减少到最少。这个时间作为典型的周期在Fig.1中被举例说明。代表以一个高速范化的横向进给速度加工的粗加工阶段，代表以一个较慢的速度加工时的最后加工阶段，t3代表以一个横向速度加工时的精磨加工阶段。系统化参数在磨削过程中扮演重要角色。精品加工质量通常与热损害、表面粗糙度、尺寸公差和外圆有关。通常情况下，整个磨削过程能被9个参数描述。粗横向进给速度，最后横向进给速度，粗加工时间,完成加工时间，精磨加工时间，轮子打磨深度，轮子打磨加工长度,轮子的线性速度V和精细加工线性速度v。事实上，最合适的打磨过程能被大大地简化，轮子到达打磨目的地后能改变打磨路线Sd，但不能改变打磨深度，考虑到打磨安全，轮子速度V作为一个常数被控制，精细加工速度v常常作为一个不重要的参数被忽略掉。2.最佳化模型的建立根据上面的分析，打磨参数影响整个打磨过程，这些参数包含：，u，s,V和v,但是与最佳化有关的独立变量只有6个：u，u，t,t,t和s。根据多参数的最佳化理论，获得最短打磨时间的主要函数被表示为 =t+t+t (1)对限制的主题有；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 (比较低的进给限制 ) (7)g=u-u0, i=1,2 (较高的进给限制) （8）在以上的式子中，P代表粗打磨阶段的动能，和P代表精打磨的氧化点限制。Z代表氧化层深度，和q代表随后终结阶段移动的深度（当，z=0时，这个限制转入到不氧化限制）。R代表表面真实粗糙度和R是允许的最大值。RN是实积的外圆和RN是外圆允许的最大尺寸。r(t+t+t)是整个加工过程的总的横向加工时间和r表示径向经打磨余量的外延长度。u高速度极限，当t=1表示粗加工阶段和i=2表示最后加工阶段。 多参数优化策略包含3个主要情况。第一个是关于在不氧化阶段的传统不氧化过程，加工的能量要比氧化点处的能量低许多在整个打磨阶段，和从（2）-（8）的全部函数出（3）外。第二个是在临界氧化阶段要求不等式应该使g=0。最后一个是在粗加工下的氧化过程中，这个过程包含了函数（3）-（8）的全部，不等式g是指在加工最后阶段，氧化层厚度的总计，因为打磨所需的能量要比整个打磨过程产生的能量高的多，因此打磨技术必须大大地提高。 2.1整个磨削过程的实际横向进给 根据获得的最高量纲的精确性，知道计算整个磨削过程实际横向进给量，和用实际横向进给量r(t)来代替粗加工阶段的控制横向进给量u t，用r(t+t)代替在最后加工阶段的ut+ut是非常重要的。外部圆筒形进给磨削系统能被作为以下面方程式的形式描述出来。如： （9） 是整个打磨系统的常量和是与磨轮有关的系数。实际进给率，是控制进给率，在整个粗加工阶段=u,在最后加工阶段=u,整个热加工阶段=u=0,。在粗加工阶段，EQ.（9）能被表示成： （10）从上面的方程式可以看出，由在粗加工阶段整个打磨加工时间t实际进给量r(t)和打磨深度（t）如下面所示： （11）其中n是精加工过程的旋转速度。因此，当粗加工阶段结束时，实际横向进给和打磨深度在加工时间为t时能表示为 （12）在最后加工阶段 ，EQ.(9)转换成： （13）这时整个实际横向进给和打磨深度在整个完成阶段能被表示为 （14）这样最后阶段完成时，实际横向进给量和打磨深度在时间t+t中能被表示成 （15）在热加工阶段，整个磨削系统方程式是： （16）这时在完成阶段实际横向进给量和磨削深度能被表示成： （17）实际横向进给量 和整个加工进程的磨削深度能被表示为： （18）在限制函数的(6)中的实际横向进给量日r(t+t+t),准确的空间位置能被轻易的解决。2.2磨削动力在多参数优化进程中，磨削动力是最重要的要素， （19）参数是一个完全根据经验得到的指数，k是系统规定参数，b是打磨加工宽度，W是磨削中间研磨剂的加入时间间隔，d=(d+d)/dd,是平均均方直径，d是精加工直径，和d是轮直径。以Eqs.（11）、（14）和（17）计算打磨深度后，第一阶段的磨削动能被计算出来在Eq.(19)在最适宜的工艺过程中，粗加工阶段的动能能被计算出来在EQS.(12)和（19）。下一步，根据热传递理论和磨削经验，氧化临界出能量根据下面的式子能被计算出来， （20）在这里，控制函数能解决不氧化这类问题。2.3在粗加工阶段的氧化层深度和在完成阶段的移动深度在完成阶段的移动总量q能在式子Eqs.(12)和（15）中计算出了 （21）粗加工阶段中在氧化过程中的氧化深度有下面的经验公式： （22）式子中的是精加工中的经验参数，是热发射系数，是弧的联络长度，和是精加工的热温度。这样限制函数就能被建立。2.4在热加工中的精品粗糙度通过方程式（18）计算出打磨深度后，磨削最后的粗糙度能被计算出来根据5： （23）这个式子中，K，m都是经验常数，和d是磨平磨具的直径，这时系统函数能被建立。2.5在热加工中的精品粗糙度 根据Ref.6和方程式（17）中的进给量，精品在热加工中的圆柱度能被计算出来： （24）这里RN2.4,RN0.98。这时系统要素函数能被建立。3多参数最优化模型 在最优化方程式的基础上，这张纸已经设计出了在MATLAB软件上对整个磨削过程的模型。优化模型的结果是能提前用来控制实际磨削过程。3.1优化价值的获得 建立模型的程序是MATLAB正版软件的基本功能，为了建立一个固定的最适宜价值通过反复计算，一个延迟操作系统被建立表格1显示了模型磨削加工的情形和经过。表格2显示了对3种情况下的，模型表现情况。 当3个优化阶段能被得到在执行加工过程中，输入模型加工过程的磨削情况和表面情况，可得出6个非线性的控制参数。表格3列出了多参数最优化的结果，表格4列出了规范炒操作过程的好处优点。表格1 磨削情况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 原始状态 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 最佳的价值尺寸 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 控制价值尺寸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模型的确认根据实际横向进给模型，3个阶段的横向进给量能被计算出来，模型曲线表在Fig.2被描述出，3个最佳状态的磨削时间内的动能能通过函数（19）计算出来磨削加工动能，这样第三阶段氧化层的深度就也能被算出，对磨削动能和氧化深度的模拟结果能在Fig.3中被描述出来。Fig.2显示出了第三阶段的磨削加工是最短的，但是第一阶段是最长的。接下来，因为考虑到在整个控制模型中的轮磨，对于在热加工中横向进给量在第一种情况下能全部达到控制的尺寸，因为在最优化多参数进程中轮状磨削的影响能被合计出来，和空间的准确性能被保证。对在Fig.3中第三种情况在粗加工阶段开始时，磨削氧化由于地磨削能的原因不会出现，但是随着磨削加工深度的增加，磨削氧化会迅速的出现，氧化层厚度在最后阶段被计算出来，在最后加工阶段的精细加工表面不会出现氧化。 Fig.2. 在三种最佳情况下的横向加工尺寸Fig.3.磨削动能，氧化的最佳化深度 4.实验的落实根据各种各样的优化模型、优化策略和优化模型结论，优化控制经验被应用在最佳化的模型中在实验中软件被应用在实际磨削过程中。 Fig.4.磨削控制系统图表 4.1 优化控制的经验原则一个分阶最优化策略被应用到一个MMB1320型号的半自动化磨床上，磨床上装有一个分阶马达横向传动推进力。控制系统被举例说明在Fig.4中。在实验中，控制系统调用了Xiaom和Malkin6多参数控制模型主要辅助程序，辅助程序回复了一些优化控制参数，这样控制系统通过PC7505配电盘和分阶控制马达推助器来控制分阶马达，同时用分阶马达进给方案来代替最初的水力马达。一个电子显示仪能在线测量出马达的主要运转动能和精确快捷的完成刀具的调刀。一个现代电子旋转感应器能在线测量出光线的大小、尺寸和圆周度。信号通过电子感应原件可以输入到计算机上，依靠一个PC7423转换器进行抽样，计算机控制系统完成磨削信号和模型的计算。 Fig.5.对第三种情况的实验和模拟结果4.2对第三种情况的实验结果 Fig.5显示的对第三种情况模拟和试验对比结果，在多参数优化的粗加工阶段
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