连续加工（共5篇）
连续加工 篇1
摘要：该实用新型涉及一种金属材料连续加工装置, 属于材料加工领域。该装置包括:雾化装置, 雾化流约束控制装置和连续挤压装置。其中, 雾化装置位于雾化流约束控制装置的上方;雾化流约束控制装置设置在连续挤压装置的机架上, 并位于连续挤压装置的挤压轮的上方。该实用新型所述装置将喷射沉积技术和连续挤压技术结合在一起, 使生产的产品同时具有喷射沉积产品的优点和连续挤压产品的优点, 且可连续对金属原料加工, 实现连续生产。最终产品不仅组织细小、无偏析, 且力学性能优越, 产品截面形状可控。
授权公告号:CN205587662U
授权公告日:2016.09.21
专利权人:昆明理工大学
地址:650093云南省昆明市五华区学府路253号
发明人:陈业高;钟毅;尹建成;杨环;王力强;刘丽娜;刘英莉
加工轨迹C2连续优化算法研究 篇2
关键词：高速铣削,刀轨优化,型腔铣削,自动化编程
在切削过程中,刀具受到的切削应力随着材料去除量的改变而改变。材料去除率的改变容易导致刀具的断裂或者破坏零件表面。当切削速度更高时,这个问题将变得更加严重。在高速铣削中,切削方向的一个微小变动,将明显地增加切削应力,从而损伤零件表面。当进给速度、刀具半径、切层深度和行距一定时,材料去除率MRR与轨迹的曲率有一一对应关系,见图1。当轨迹曲率发生突变时,材料去除率也将发生突变。为了获得高的切削速度,同时避免刀具损坏,研究C2连续(曲率连续)的刀具轨迹尤为重要[1]。
本文以刀具轨迹的几何形状为切入点,选用具有二阶连续特性的NURBS曲线来描述刀轨,从而取代了传统的直线和圆弧描述,具有以下优点:
(1) 整段刀轨的曲率连续,消除了曲率的突变,从而减少了进给速度的突变,特别是在高速铣削中,提高了平均进给率[1];
(2) 消除数控机床各轴运动加速度的突变,从而减少刀具振动,提高零件表面质量,延长刀具使用寿命[2];
(3) 采用标准的NURBS格式存储的刀具轨迹,特别是型腔壁比较复杂的情况,减少了NC代码的存储量,提高了数控机床的加工效率[3,4]。
用B样条曲线来描述刀具轨迹的想法由Jean Marie Langeron在五轴加工刀轨计算的研究中最先提出,从而消除了直线插值的切向不连续问题[5]。Vincent Pateloup对此思想进行了延伸,提出采用样条线来代替直线和圆弧的方法,并在其建立的模型上做了相关验证[6]。Michel Bouard继承了V Pateloup的思想,对其算法进行了后续的研究而且做了修正,提出了一种非线性优化模型,求解考虑约束的刀具轨迹,得到20%—40%的效率提升[7]。但其优化方法并不保证全局最优,未能精确地求解轨迹优化问题。
在高速铣削中,一般选用很快的进给速度,很小的切深和步距等工艺参数,保证刀具在高速进给的过程中,发热尽量小;进刀方式选用螺旋进刀,圆弧拐角过渡等,以保证切削过程刀具能平滑,减少振动。如何更高效地产生刀轨,使得数控加工过程中,加工时间短,各轴进给均匀,加速平缓,减少刀具振动等,将是本文研究的问题。
1优化模型的定义
NURBS曲线具有高阶连续性,能保证进给率变化平缓,刀具振动少,使加工表面轮廓精度高。用NURBS来描述刀轨将成为日后高速铣削的主要方向。尽管NURBS曲线描述的刀轨具有以上种种优点,但并不是所有NURBS刀轨都是适合实际加工的,主要存在以下问题:曲率连续后,仍存在曲率变化不均匀,起伏较大等问题。为此,本文提出了以下的数学模型,用于解决以上问题,获得性态更好的切削轨迹。
1.1优化目标
针对上述问题,综合文献研究[1,2,3],本文提出以下具体的优化目标:
在高速铣削中,切削轨迹的曲率过渡越均匀,进给速度的变化也越平滑,得到的加工表面质量越好[3]。式中,c是曲线在该点的曲率值,分母dis(pnti,pnti+1)表示相邻两点pnti与点pnti+1间的距离。为了表示曲率过渡的平滑程度,对曲线采用定数分点进行离散,并计算出每个点处的曲线曲率值,点数越多越精确,曲率过渡越连续。对相邻两点作差,求出曲率的变化值,变化值越小,表示两点间的曲率越连续。
1.2优化变量
由于NURBS曲线由其控制点唯一定义,自然选择控制点{P1,P2,…,Pn}的位置作为优化的变量。为了简化计算量,控制点应该自适应于所处直线、圆弧,随着原刀轨长度的变化而变化,见图2参数化表示控制点位置Pi=ki×Lj。根据不同位置的控制点k=(0.64,0.41,0.39,0.50),生成不同的曲线,然后根据曲线的性态的优劣来选择。
综合以上分析,为了得到二阶连续的切削轨迹,我们采用了NURBS曲线来代替传统的直线和圆弧描述的刀轨。同时,对所生成的刀具轨迹进行曲率优化,得到曲率过渡平缓的曲线。在刀轨计算过程中,还需要满足的两个约束,切削区域可以遍历整个毛坯区域、切削区域不能超出零件区域,在本文中暂未考虑,也将成为后续研究的重点。
2智能优化算法求解
以上已经分析了刀具轨迹优化模型的优化目标、优化变量和优化约束,并给出了详细的数学定义。本节将采用具有全局收敛性的遗传算法解决以上问题。算法流程见图3,由编码、交叉、变异、选择和解码等过程组成。以下将对其一一详述。
2.1编码
编码过程是使用方便计算机操作的二进制码来表达符合人们日常使用习惯的十进制数的过程,优点在于容易实现高精度,避免了计算机进行浮点运算引入的舍入误差。单基因的初始化,生成n个介乎0～1的随机浮点数,若大于0.5则取1,否则取0,故0和1出现的概率均为50%,见图4二进制编码过程。
2.2交叉
交叉与变异都是遗传算法的基本操作,作用在于丰富个体的数目,并把优秀的基因保留下来,遗传给子代。本文采用单点交叉,首先生成一个随机位置p<n,再对基因对Ⅰ和Ⅱ的位置从p到n,进行交叉操作,组成新的基因对Ⅲ和Ⅳ,这样每进行一次交叉,就会多产生一对基因。但是,交叉操作并不意味着最终会生成两倍的个体,因为每次交叉之前,都需要进行阈值判断,符合交叉概率的基因对才进行操作,实际操作中,阈值一般取0.8。见图5交叉操作。
2.3变异
变异与交叉相类似,但又具有其特点,首先,变异操作的阈值比交叉小得多,一般取0.01左右;其次,采用单点变异的位置p选择之后,只对位置p进行取反,也即把1致0,把0改成1。正是由于存在变异,才能确保遗传算法有跳出局部收敛的可能。
2.4解码
解码是编码的逆过程,当计算机进行完交叉、变异操作后,需要计算各个体的目标值,为后续的选择操作提供依据。而往往目标值的计算都是基于十进制的,所以我们需要把二进制数转变为十进制,此过程称为解码过程。
2.5选择
选择操作真正体现了遗传算法的精髓,优胜劣汰。在解码后,得到每个个体对应的目标值,再根据他们的目标值进行逆序排序。根据轮盘法选择下一代的个体,目标值越大,所占的“轮盘”的面积越大,被“击中”的概率也会越大,即目标值越大的个体,被遗传下来的概率越大,见图6轮盘法选择个体。
通过选择操作,把每次遗传后得到的优良个体保存下来,作为下次操作的父代。这样往复进行,最终得到最优解,见图7遗传算法目标值收敛图。
3结论与分析
对比优化前的刀轨,优化后曲线的曲率变化值更小,是优化前的17.7%,见表1优化结果分析,也就是曲线的曲率过渡更平滑,符合程序的设计目的,见图8曲率对比。但是,四控制点优化1 200次的结果中,k2和k3均趋向于极限值0和1。故对数学模型进行简化处理,把四段控制直线简化为两段,容易想象,直线1和2、3和4的斜率相同,且C0连续,从而可以推出C1连续,故只需对原直线1和直线3作相应的延长,取代直线2和4。相应地,优化变量只需取k1和k3,对模型进行优化,优化结果是优化前的6.9%。
(A)优化前的曲线 (B)四控制点优化后的曲线 (C)简化后两控制点优化的曲线
在图8中,对比三种刀轨可以看出,优化前的刀轨曲率值变化剧烈,最大值与最小值间距很大,这样在根据曲率值变化做变速运动的刀轨中,将使机床主轴在短时间内产生很大的加速度甚至冲击。经过优化后的刀轨,明显缩短了曲率线的峰值,但四控制点优化后的刀轨,其曲率值变化仍然存在尖点,变化不均匀,究其原因,主要是因为某些控制点过于接近控制线顶点造成。因此,采用简化处理后的两控制点优化刀轨,得到显著的优化效果,曲率过渡更光滑。
(a)传统直线圆弧刀轨 (b)一般NURBS刀轨 (c)优化后的NURBS刀轨
对比传统刀轨与NURBS刀轨,见图9全局刀轨优化,可以明显发现,一般NURBS刀轨消除了尖角,拐角过渡平滑;经过优化的NURBS刀轨具有更高的光顺度,曲率过渡更平滑。但是,采用此方法生成的NURBS刀轨具有一个共同缺点,最外层拐角处与最内层容易出现“孤岛”,也即欠切区域。这种情况无法避免,刀轨设计中,可以通过减小切层厚度,来减少“孤岛”区域,但这也将引入冗余的切削轨迹,切削效率降低。更合理的办法应该是在欠切区域添加相应的刀轨,构成更高效的全局刀轨。对于未切削区域的判断以及在优化算法中添加相应的约束,将成为算法改进的关键。这也是我们未来研究的重点。
4结论
本文从刀轨的几何形状造成的二阶不连续缺陷入手,提出了一种二阶连续的NURBS刀轨优化方法,通过定义、建立刀轨优化数学模型,采用遗传算法与参数化建模思想结合的算法,对局部NURBS刀轨进行曲率优化,得到最优的目标值后,代入到全局的刀轨生成算法中,最终生成C2连续、曲率过渡均匀且平滑过渡的刀轨。分析了目前算法存在的不足,并提出了未来研究的方向。
参考文献
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连续加工 篇3
高速高精度数控加工主要应用于由复杂曲线曲面离散形成的一系列连续短线段的加工[1]。数控系统在对连续短线段进行加工时,应用较多的方法是保持原加工路径不变,在相邻转接处满足速度约束条件下,以一定的速度直接加工下一路径段[2,3]。虽然该方法避免了在每段路径转接处降速为零,实现速度连续变化,但是其转接速度往往不高,导致加工效率低,同时在转接处加速度的突变会对机床造成冲击,影响工件的加工质量,因此,如何在保证转接速度尽可能大的条件下进行速度平滑过渡处理,实现速度和加速度的连续变化,最大限度地提高加工效率和加工质量,已成为高速高精度数控加工的一项关键技术。
为了攻克这一技术难题,国内外许多学者都对其进行了研究。张得礼等[4]提出通过构建假设圆弧的过渡方法来处理相邻直线段转接处的速度问题。由于参数曲线直接插补具有速度平滑、数据储存少、易表达实现等诸多优点,越来越多的学者开始将贝齐尔曲线、B样条曲线和NURBS曲线等各种形式的参数曲线应用于连续线段加工中。何均等[5]提出在相邻直线段中插入Ferguson样条来实现微段的高速拐角过渡方法。冷洪滨等[6]建立了基于三次多项式的加减速控 制模型,提出一种实现前瞻插补预处理和实时参数化插补的高速自适应前瞻插补方法。张晓辉等[7]在考虑曲率连续的条件下,建立了五次拐角曲线过渡模型,并提出了基于此曲线的过渡插补算法。 黄建等[3]通过在相邻转接段建立可调形的三次插值样条曲线,避免了减速为零,以较为平稳的加工速度,实现了拐角平滑过渡。Bi等[8]通过在转接段处插入曲率连续的三次贝齐尔样条曲线进行了拐角平滑过渡处理。Zhao等[9]构建了满足曲率连续的B样条拐角过渡曲线,并提出了相应的前瞻控制算法。
目前我国多数数控机床只支持直线和圆弧插补,只有少数高端机床才能进行参数曲线插补,虽然上述参数曲线法能够实现拐角的平滑过渡,却不能广泛地应用于数控系统。因此,本文建立了二次NURBS曲线表示的圆弧过渡模型,插入的圆弧模型同时支持圆弧插补和NURBS插补,通用性强,且满足曲率连续要求,能够实现短线段间平滑转接。基于该模型,提出一种采用7段和5段混合双向S形加减速圆弧前瞻控制算法,进行速度规划,获得速度和位移信息,实现速度和加速度的连续平滑过渡,有效避免了速度和加速度突变引起的机床振动和冲击。最后结合短线段加工仿真对上述模型和算法进行了分析和验证。
1拐角圆弧过渡模型
圆弧可由二次及以上的NURBS曲线[10]表示。高次NURBS曲线往往用来拟合特殊的组合曲线等,需要更多的控制顶点和权因子,实时运算能力要求较高。因此,本文使用二次NURBS曲线表示的圆弧,对相邻线段拐角进行平滑过渡。
在实际应用中,用NURBS曲线表示圆弧要满足5个要求:最少的控制顶点数;良好的参数化;紧凑的凸包性;所含的每一弧段圆心角不得超过90°;圆弧的NURBS表示统一协调[10]。这就要求相邻线段间的夹角θi(i=1,2,…,N)在不同范围所对应的圆弧模型不同,当θi∈(0,π /2]时,圆弧应分为两段,由二次NURBS曲线表示;当 θi∈ (π/2 ,π)时,圆弧只需 单段,也可由二 次NURBS曲线表示。
1.1θi∈(π/2,π)的二次NURBS圆弧
如图1所示,二次NURBS曲线表示的圆弧C(u),作为拐角 过渡曲线 连接两相 邻加工路 径Q0Q1和Q1Q2。控制点为P0、P1、P2,P0P1和P1P2分别与圆弧相切于点P0和点P2且边长相等。正权因子为w0=w2=1,w1=cos(θi/2)。节点矢量U = (0,0,0,1,1,1)。此时,圆弧也可看作是由二次NURBS曲线的特例标准有理二次Bézier曲线表示。∠Q0Q1Q2的角平分 线Q1O1过圆弧圆 心O1,相交于圆弧中点B1。可得二次NURBS圆弧表达式为
1.2θi∈(0,π/2]的二次NURBS圆弧
利用上节有理二次Bézier曲线的结果,在节点矢量中插入一个节点u=0.5,可以得到新的二次NURBS曲线表示的圆弧,如图2所示。正权因子为w0=w3=1,w1=w2=cos2(θ/4)。节点矢量为U = (0,0,0,0.5,1,1,1)。控制多边形顶点为P0、P1、P2、P3。P0P1与P2P3分别在相邻加工路径段Q0Q1和Q1Q2上,分别与圆弧相切于点P0和点P3。P0Q1和Q1P3边长相等。直线P1P2相切于圆弧中点B1。P0P1和P2P3边长相等,且为边P1P2长度的一半,即。 可得二次NURBS圆弧表达式为
1.3曲率连续
通常用几何连续(Gd,d表示次数)来评估加工路径的光顺性。若路径满足曲率连续即G2连续,即两条连续曲线在端点处有相同的坐标和相同的切线向量,并且曲率中心重合,则能有效避免速度和加速度突变引起的机床振动和冲击,实现转接平滑过渡。由上文知道,二次NURBS圆弧在各接合点处切线向量重合,曲率中心就是圆心。因此,过渡圆弧是处处曲率连续的。
2圆弧过渡前瞻控制
连续线段高速加工过程中,相邻线段拐角处加工路径会发生突变,如果不对加工速度进行提前规划控制,就可能由于超出机床加减速的限制, 使刀具产生过切,影响加工质量和进给平稳性。
因此,必须加入前瞻处理功能提前获得各路径的速度信息、变速点位置信息,及时调整加工速度,使速度的变化能满足数控系统的限定和加工路径的变化。本文提出的前瞻控制处理主要实现三个功能:构建基于二次NURBS曲线表示的圆弧过渡段,获得弦高误差和机床动力学限制条件下的最优圆弧转接速度以及实现加工直线段与圆弧转接段的加减速控制。前瞻控制流程图如图3所示。
2.1圆弧的构建
在相邻线段插入过渡圆弧后,加工路径的不一致会导致加工误差,这就需要保证圆弧路径加工精度在允许的误差范围内。加工误差εi主要来自两方面:一是插入的过渡圆弧与转接线段间的轮廓误差εi,1;另一个是插补时的弦高误差εi,2,如图4所示。图4中,Oi为圆心,Li(1)为过渡距离,Li(0)为减速区距离,Li(2)为加速区距离,Li(3)为匀速区距离,ri为圆弧半径。因此,本文先以轮廓误差为限制条件来确定NURBS圆弧的各控制顶点,进而求出NURBS圆弧。具体算法步骤如下:
(1)由各转接点数据Qi得到相邻微段夹角 θi,根据夹角范围确定所用圆弧模型;
(2)基于给定轮廓误差εi,1,求出圆弧段过渡距离Li(1)(即拐角点到转接点的距离)、NURBS圆弧的半径ri、 各控制顶点间距离
(3)得到各控制点Pi,根据式(1)、式(2)求出NURBS圆弧C(u)。其中,相邻线段夹角为
圆弧段过渡距离Li(1)为
NURBS圆弧的半径ri为
2.2转接速度的确定
在加工过渡圆弧过程中,转接速度必须在弦高误差和机床动力学特性两方面的允许范围内。圆弧插补时的弦高误差εi,2为
式中,vi,2为弦高误差限制下的加工速度;T为插补周期。
由式(6)反求,得到在弦高误差限制下的加工速度为
当刀具加工拐角圆弧时,加工速度会受到法向加速度的作用,为防止加工速度超出加速度的限制,设机床提供的最大加速度为amax,则在机床动力学特性限制下的加工速度vi,1需满足:
过渡圆弧的转接速度既要满足弦高误差的精度要求和机床动力学特性的限制,又要满足机床编程进给速度vf的约束,避免频繁地加减速。因此,转接速度应为三者限制条件下速度最小的一个,即
2.3圆弧过渡速度平滑处理
2.3.1混合S形双向加减速控制算法
由于加工直线段的机床编程速度和圆弧转接速度不一致,故加工各短线段时需要进行加减速的规划控制,以保证加工速度的平滑过渡。根据相邻圆弧转接速度vi、vi+1和编程速度vf以及加工直线段长度的具体情况不同 , 在进行速平滑调整时需要考虑七种加减速方式,分别是:只有加速区,只有减速区,只有匀速区,同时有加速区和减速区,同时有加速区、匀速区和减速区,同时有加速区和匀速区,同时有匀速区和减速区。目前比较常用的控制算法有:直线加减速法[2]、S形加减速法[4,11]、多项式加减速法[6]等。
S形加减速法具有柔性好、能实现速度和加速度的连续变化、加工质量高等特点,已成为加减速算法的主要研究方向之一。S形加减速算法又分为7段加减速法和5段加减速法,5段加减速法是在7段加减速法的基础上去掉匀加速段和匀减速段得到的。7段S形加减速算法分段方程较多, 计算量大,算法实现较复杂。5段S形加减速算法虽然在一定程度上实现了算法的简化,但该算法的加速度是时刻变化的,不能恒定在某一个较高值,导致速度变化较慢,会花费更多的加减速时间。故采用7段和5段混合的S形加减速控制算法更为合理,既兼顾了加工效率又能减少计算量。由S形加减速中加速段和减速段的对称性可知,其减速段可以看作反向加速段,这样在加减速规划中相当于只有加速段,从而简化了方程,如图5所示。
本文给出基于7段和5段混合的双向S形加减速控制算法。其基本思想是:对于第i+1段路径,首末速度为vi、vi+1,分别从正反两个方向加速到最大速度v,通过比较两加速段位移Sa、Sb与路径长度S的大小来判断速度曲线的类型。在实际应用中,因系统不能预先确定加工速度能否达到编程速度,故无法确定加减速的计算表达式。此时,可以先假设加工速度能够达到编程速度,再根据速度、位移的比较来确定所需加减速类型和对应计算方程。算法流程如图6所示,其中,1表示速度曲线为速度能达到vf的先加速再匀速再减速的运动曲线。2表示若Sa+Sb>S,则令Sa+ Sb=S,按最大速度v小于vf的情况重新计算各速度参数,速度曲线为先加速再减速曲线。3表示匀速运动。4表示若Sa< S,速度曲线为先加速再匀速曲线;若Sa=S,则只有加速区;若Sa> S,则令Sa=S,按只有加速区重新计算各速度参数。5表示若Sb< S,速度曲线为先匀速再减速曲线;若Sb=S,只有减速区;若Sb> S,则令Sb=S,按只有反向加速区重新计算各速度参数。6表示速度曲线为恰能达到vf的先加速再减速曲线。
2.3.2加速段各速度参数的确定
以正向加速段为例进行分析,设机床加加速度为J,速度变化量 Δv=v-vi(v为vf时速度变化量最大)。由于7段加减速法和5段加减速法的位移计算公式不同,因而7段和5段的混合加减速法的关键是确定位移方程。由S形曲线加减速的表达式 可知,5段加减速 法的加速 段满足 Δv=a2/J,而7段加减速法中 Δv>a2/J。因此, 通过比较Δv和a2/J可以确定位移的计算公式为
具体算法如下:
(1)分别求出 Δv和a2max/J,然后对其进行比较,根据式(10)选择对应的位移计算公式;
(2)当 Δv≤a2max/J时,可得相应的加速段位移S。为了保证加速度和加加速度不超出机床允许范围 , 此时加速度调整为, 则加加速段和减加速段时间T1=a / J ;
( 3 ) 当 Δv>a2max/ J时 , 求得加速段位移S 。 然后按照7段加减速法求解各参数 , 加加速段和减加速段时间T1=amax/ J , 匀加速段时间
2.3.3S形加减速各类型及参数的确定
S形加减速算法计算复杂的一个原因就是: 不同长度的加工路径对应的加减速曲线类型不同。当路径长度足够长时,加工速度能够达到编程速度,速度曲线中存在匀速段;当路径较短时,加工速度为小于编程速度的某一值,速度曲线中没有匀速段。
(1)加工速度能够达到编程速度的情况。当加工路径足够长时,加工速度能够达到编程速度, 此时速度曲线为由vi增大到vf,然后匀速运动一定距离,再减速到vi+1的曲线。设加工路径长度为S,加速区长度为Sa,减速区(即反向加速区)长度为Sb,加工速度能够达到vf的位移需满足Sa+Sb≤S(其中Sa+Sb=S时,为恰能够达到vf的情况,速度曲线为先加速到vf然后再减速)。此时, 加减速段速度变化量Δv=vf-vi、Δv=vf-vi+1和a2max/J已经确定,可以根据上节的算法求出各时间、位移参数,加减速的具体类型得以确定。当Sa+Sb<S时,速度曲线中包含匀速区,可求得匀速区的路径长度Sc=S-Sa-Sb,匀速区时间
(2)加工速度不能达到编程速度的情况。若加工速度能够达到编程速度时有Sa+Sb>S,则只有最大加工速度小于vf时才有Sa+Sb=S,此时速度曲线中没有匀速段,需要重新计算各速度参数使位移满足Sa+Sb=S。由于最大加工速度v是未知的,所以导致 Δv和a2/J的关系不确定, 因而位移表达式有多种可能形式。为了简化计算可能性,明确位移公式,设 Δv和a2/J恰好满足5段加减速算法,可得加速区和减速区速度增量公式为
位移公式为
由式 ( 11 ) 和式 ( 12 ) 可得最大 速度, 进而求出 各加加速 J1、J2和各阶段时间T1、T4。这样,基于7段和5段混合的双向S形加减速控制算法的各参数计算完毕,就可以明确得出各路径的加速度、速度、位移曲线表达式。
3仿真分析
为了验证所提算法的正确性和可行性,对图7所示短线段路径进行分析。设置数控加工参数: 机床最大加工速度vf= 100mm/s,最大加速度amax=3000mm/s2,默认加加速度J=300m/s3, 插补周期T = 2 ms,最大轮廓 误差 εi,1= 0.5mm,最大弦高误差εi,2=0.002mm。
对转接路径进行前瞻控制分析,所得数据见表1,本文以路径段1为例来说明算法的有效性。
首先,获取NURBS圆弧后,求得路径段1的转接速度v1=60.2mm/s,路径长度S1=3.79 mm;然后,对于正向加速区,由 Δv =100m/s> a2max/J=30m/s,求出加速区位移Sa=2.17mm。 对于反向 加速区,Δv = 39.8 m/s > a2max/ J =30m/s,求出反向 加速区位 移Sb= 1.86 mm;此时,有Sa+Sb>S1,可知路径段1没有匀速区且最大加工速度小于vf。令Sa+Sb=S,由式 (11)、式(12)求得最大速度v=86.6mm/s,修正后的加速区位移Sa=2.5mm,反向加速区位移Sb=1.29mm;最后,由以上过程可以判断出路径段1为没有达到vf的先加速再减速运动段。同理可以验证其他路径段,本文不再论述。
通过MATLAB软件进行仿真验证,可得采用本文NURBS圆弧过渡前瞻控制算法和对未进行拐角转接过渡的直线路径分别采用直线加减速控制算法、S形加减速控制算法(二者统称直接过渡法)三种加工方式下的加工误差对比图(图8)、 速度曲线对比图(图9)和加速度曲线对比图(图10)。由图7可知,插入的圆弧使拐角转接路径更加光顺,避免了直接加工拐角,大大减轻了加工拐角时机床的振动和冲击,提高了工件加工质量。 由图8分析知,虽然在拐角处会产生轮廓误差,但是本文算法的误差在最大加工误差0.5mm的控制范围内,因而能够满足工件的加工精度要求。 由图9可知,采用本文圆弧过渡前瞻控制算法相比另外两种算法能够以较高的速度实现拐角平滑过渡,加工时间分别缩短0.032s、0.068s,加工效率分别提高8%、15.5%。尤其是夹角在[90°, 180°)范围时,角度越大,转接速度 越快[6],例如Q3点处的转接速度为最大加工速度100mm/s, 避免了系统频繁的加减速,加工效率更高。高速加工中相邻线段的夹角一般都处于[90°,180°)范围内,可见随着加工路径的增多,加工效率的提升必将更加明显。由图9、图10、表2知,采用本文算法可以实现加速度、速度的连续平滑转接,因而能够有效避免加速度和速度突变引起 的刀具振动、过切,大大提高零件加工质量。直线加减速法虽然能实现速度平滑,但是加速度的跃变会引起刀具剧烈振动,极大地影响加工质量。虽然采用S形加减速法亦可实现加速度、速度的平滑转接, 但是频繁地减速且转接速度不高会使得加工效率不高。
综上可知,NURBS圆弧过渡前瞻控制算法有效且可行,相比直接过渡法能够有效提高加工效率,改善零件加工质量。
4结语
连续加工 篇4
干燥部分自动控制·萎凋部分揉捻部分·发酵部分主要技术参数·红条茶连续加工生产成套设备采用分散控制集中管理的控制方案 (即DCS系统) :采用多个PLC控制子站在现场分别控制萎凋、揉捻、发酵和干燥各个工序, 采用带通讯功能的智能仪表监测萎凋房和发酵房温湿度, 用RS485网络总线将现场PLC控制子站和智能仪表与远程监控室的PLC主站、HMI (人机界面) 联接。HMI采用彩色触摸屏, 实时监控各设备运行情况, 监测萎凋房和发酵房的温湿度, 并通过工艺流程显示屏显示。在保持茶叶的传统风味的同时, 保证茶叶的连续加工和安全生产。在加工环节保证了茶叶的清洁, 避免茶叶加工过程的二次污染。机械化连续生产, 保证了茶叶品质的统一。型号处理量装机功率产品含水率油耗干燥温度6CHTCT-500 500kg/d 80 k W 5%20Kg/h彡120�C6CHTCT-1500 1500 kg/d 160 k W 5%60Kg/h彡120�C_广联品牌值得信赖厂乐_预代汉业装鋈面究所总部地址: (原厂东皆R业!ill麵冊究Pfi) 电话:农产品加工装备技术研究开发中心厂部地址:厂乐弘覦汉业in®®究Fi技有眼公司电话:千燥设备制造厂网址:广州市天河区五山路261号邮编:510635020-38481399 38481529传真:020-38481287广州市萝岗区九龙大道凤凰四路1号020-38481592www.gddrying.com
连续加工 篇5
验收委员会通过察看现场、听取汇报、查阅资料、提问答疑等形式, 对项目执行情况、合同指标完成情况、项目推广应用前景等进行了合理评价, 一致认为:项目选题针对性强、设计合理, 完成了计划任务书提出的各项试验研究任务, 达到了项目合同要求的技术经济指标, 研发的自动揉捻机组达到了国内领先水平, 并建议加快项目成果的推广应用和产业化。
项目重点攻关内容——连续自动化揉捻机组, 在院领导的亲切关怀下, 在院农机所的大力配合下, 通过项目组成员的共同努力, 实现了经济、实用和连续自动化, 该项技术达到了国内领先水平, 是我院所—所合作的一大亮点工程。