基于NI CompactRIO硬件,使用LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境為工具進(jìn)行多層次編程,開(kāi)發(fā)了一套多傳感加工中心狀竺監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、噪聲、溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)、處理功能,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其功能。相對(duì)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),基于虛擬儀器技術(shù)搭建的系統(tǒng)具有更大的擴(kuò)展性與可重構(gòu)性。同時(shí),本系統(tǒng)硬件便攜且擁有工業(yè)級(jí)的設(shè)計(jì),是理想的用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)。這套系統(tǒng)的建立為了解各類加工中心設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)提供了方案,也為進(jìn)一步進(jìn)行基于加工中心生產(chǎn)狀態(tài)信息的研究打下了良好的基礎(chǔ)。
本文以一種圓弧齒輪加工用虛擬軸加工中心為研究對(duì)象,為提高虛擬軸加工中心的加工精度和抑制滑模控制中的抖動(dòng)現(xiàn)象,提出了基于改進(jìn)干擾觀測(cè)器的滑模變結(jié)構(gòu)控制算法來(lái)控制虛擬軸加工中心的伺服電機(jī).仿真結(jié)果表明:提出的基于改進(jìn)觀測(cè)器的滑模變結(jié)構(gòu)控制算法能夠有效地觀測(cè)系統(tǒng)中存在的不確定性因素,從而抑制了不確定性因素對(duì)位置跟蹤性能的影響,系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力;同時(shí)滑??刂浦械亩秳?dòng)現(xiàn)象也得到了明顯改善.
本文所提出的一種基于工業(yè)機(jī)器人的CNC柔性工作站智能生產(chǎn)線,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,系統(tǒng)調(diào)試簡(jiǎn)便,在惡劣的工作環(huán)境如高濕、高溫、強(qiáng)干擾的條件下工作穩(wěn)定,相比于傳統(tǒng)的人工上下料模式具有更高的工作效率和更穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量,具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
利用RSM建立了 XK713型CNC加工中心關(guān)于工藝參數(shù)的切削能耗模型,揭示了切削加工過(guò)程中工藝參數(shù)對(duì)加工中心能耗的某些影響特征。加工中心能耗隨著材料去除率的增大而減小,要想獲得較低的單位切削能耗和較高的加工中心能效,應(yīng)該盡可能選取較大的工藝參數(shù)。使用大工藝參數(shù)一方面可以縮短切削時(shí)間,降低加工中心總能耗,另一方面可以增加單位時(shí)間內(nèi)的金屬去除量。干切削條件下,刀具磨損加劇,工件發(fā)熱量和加工中心總能耗較大,這些因素對(duì)單位切削能耗和加工中心能效的影響顯著,抑制了工藝參數(shù)值增大對(duì)提高加工中心能效的作用。這是導(dǎo)致測(cè)試樣本中工藝參數(shù)最優(yōu)值均未出現(xiàn)在樣本參數(shù)******值上的原因。加工中心待機(jī)以及空載狀態(tài)的能耗很大,設(shè)計(jì)加工中心時(shí)應(yīng)該盡可能降低加工中心的待機(jī)及空載能耗,加工時(shí)則盡可能減少待機(jī)以及空載時(shí)間。利用RSM可以得到響應(yīng)曲面的最優(yōu)上升路徑即獲取最優(yōu)的工藝參數(shù),從而有效降低單位切削能耗,提高加工中心能效。
本文以試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論為基礎(chǔ),針對(duì)某型號(hào)精密臥式加工中心,通過(guò)MIMO模態(tài)分析法,獲得了整機(jī)?及局部的模態(tài)參數(shù),并以此為依據(jù)進(jìn)行了加工中心的動(dòng)態(tài)性能分析,完成的研究工作具體包含以下幾個(gè)方面:(1)在對(duì)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論研究的基礎(chǔ)之上,利用激勵(lì)系統(tǒng),響應(yīng)信號(hào)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)三部分搭建了試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng)。(2)利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng),對(duì)整機(jī)及局部(工作臺(tái)和立柱)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試,獲取了整機(jī)及局部的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比。(3)通過(guò)整機(jī)模態(tài)測(cè)試結(jié)果的分析,驗(yàn)證了整機(jī)具有良好的低頻特性。同時(shí),將測(cè)試結(jié)果與加工中心實(shí)際使用情況相比較,確定了工作臺(tái)與立柱是影響整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素。據(jù)此,在實(shí)際裝配條件下對(duì)二者進(jìn)行了局部模態(tài)測(cè)試。依據(jù)測(cè)試結(jié)果,對(duì)發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議以改進(jìn)其動(dòng)態(tài)性能。(4)通過(guò)對(duì)比整機(jī)與局部的模態(tài)測(cè)試結(jié)果,得出對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備,除進(jìn)行整機(jī)模態(tài)分析外,有必要結(jié)合實(shí)際裝配條件下的局部模態(tài)測(cè)試,才能更好的分析其動(dòng)態(tài)特性的結(jié)論。
本文建立了以最小加工時(shí)間和最低的碳排放置為目標(biāo)的優(yōu)化模型,并綜合考慮了實(shí)際加工過(guò)程中加工中心的固有屬性、零件尺寸的要求、零件加工的表面質(zhì)置等多方面的條件約束,可同時(shí)對(duì)多道工序的切削參數(shù)同步進(jìn)行優(yōu)化,在改善加工效率的同時(shí)在降低碳的排放量上也取得一定效果。(2) 將粒子群算法嵌入人工魚(yú)群算法,兩種算法相輔相成,并利用改進(jìn)的人工魚(yú)群算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。通過(guò)具體案例驗(yàn)證優(yōu)化模型并同其它算法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,改進(jìn)的人工魚(yú)群算法能獲得相對(duì)于其它基本算法更優(yōu)的結(jié)果,驗(yàn)證了該算法的可行性。
總而言之,在模具制造過(guò)程中,CNC加工是不可忽視的重要環(huán)節(jié)之一,CNC加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用其中。在模具CNC加工編程中,相關(guān)人員必須結(jié)合其存在的問(wèn)題,合理劃分工序與工步,準(zhǔn)確把握其順序,確定好刀點(diǎn)、換刀點(diǎn),加強(qiáng)路徑規(guī)劃,選擇適宜的刀具、切削用量等,優(yōu)化利用多樣化的模具加工編程技巧,動(dòng)態(tài)控制刀具運(yùn)動(dòng)情況,提高模具型面CNC加工整體質(zhì)置,提高加工效益。
CNC刀具按其結(jié)構(gòu)可以分為:(1)整體式,即刀具由一個(gè)坯料制造而成,是一個(gè)整體;(2)焊接式,即通過(guò)焊接的方法將刀桿和刀頭進(jìn)行連接:(3)機(jī)夾式,是CNC加工中最常使用的刀具結(jié)構(gòu);還包括諸如復(fù)合式、減震式等特殊型刀具結(jié)構(gòu)。CNC刀具的特點(diǎn):(1)切削性能好。CNC刀具的精度高、剛性好,可以進(jìn)行強(qiáng)力和高速切削。(2)壽命長(zhǎng)。CNC刀具材料多具有高性能、高韌性并且抗磨損程度高,因此在使用過(guò)程中表現(xiàn)出較長(zhǎng)的壽命。(3)高精度。CNC刀具可以通過(guò)采用可轉(zhuǎn)位刀片,提高刀具的加工精度,保證加工質(zhì)量。(4)自調(diào)功能。CNC刀具通過(guò)機(jī)內(nèi)補(bǔ)償和機(jī)外預(yù)調(diào)機(jī)制,減少換刀調(diào)整的時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了快速更換。除此之外,CNC刀具還具有可靠性、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)
(1)基于多體系統(tǒng)理論和齊次坐標(biāo)變換方法,綜合考慮加工中心部件的幾何誤差,對(duì)三軸CNC加工中心建立了幾何誤差預(yù)測(cè)建模,并依據(jù)誤差元素與加工中心精度的關(guān)系建立了相關(guān)性分析模型。(2)采用拉丁超立方抽樣方法在幾何誤差元素空間內(nèi)抽樣,并用相關(guān)系數(shù)對(duì)幾何誤差元素隨機(jī)輸入樣本集與其對(duì)應(yīng)的空間誤差向量集作相關(guān)性分析,與傳統(tǒng)提取誤差元素在參考值的±10%?±20%范圍相比,更具有實(shí)際應(yīng)用意義,同時(shí)從設(shè)計(jì)角度考慮誤差元素對(duì)加工中心空間精度的定量影響,為加工中心概念設(shè)計(jì)之后的精度分配提供了_種分析方法。(3) 對(duì)三軸CNC加工中心進(jìn)行誤差相關(guān)性分析可知,直線度誤差、定位誤差及z軸導(dǎo)軌與y軸導(dǎo)軌的垂直度誤差對(duì)加工中心空間精度影響較為嚴(yán)重。該方法最終識(shí)別了影響加工中心加工精度的關(guān)鍵性誤差,并通過(guò)誤差補(bǔ)償驗(yàn)證了分析結(jié)果的有效性。所得相關(guān)性系數(shù)可作為加工中心精度分配權(quán)重,從而為精密CNC加工中心的設(shè)計(jì)提供重要的理論參考。
CNC加工中心是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的重要裝備、基礎(chǔ)裝備,CNC加工中心的使用對(duì)于提高機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量、加工效率,降低制造成本,減少制造時(shí)資源的消耗等都有著巨大的推動(dòng)作用。隨著多品種、小批量、定制式的智能化協(xié)同制造成為企業(yè)的主要生產(chǎn)制造模式,CNC加工中心必須在高速化、高精度化、復(fù)合化、多軸化的基礎(chǔ)上,在智能化的發(fā)展上取得突破,因?yàn)檫@不僅與企業(yè)的生存與壯大密切相關(guān),更關(guān)系到我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。