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基本信息
- 項目名稱：
- 基于博世-力士樂數(shù)控系統(tǒng)的磨床關(guān)鍵控制技術(shù)的研究與應(yīng)用
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本文介紹了YTMCNC8326-10全數(shù)控凸輪軸磨床的機械控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)，推導(dǎo)了全數(shù)控凸輪磨床的磨削原理與數(shù)學(xué)建模，工件旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)速度自適應(yīng)預(yù)測算法，升程值三次微分預(yù)處理和人工干預(yù)的三階B樣條控制過程校正，通過AE信號運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控砂輪工作狀況。建立了雙平面磨削的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了送料盤的變速磨削。
- 詳細介紹：
- 闡述了YTMCNC8326-10全數(shù)控凸輪軸磨床的開發(fā)過程，研究了MTX系統(tǒng)的軟硬件的組成和功能、系統(tǒng)參數(shù)和驅(qū)動器參數(shù)的設(shè)置，完善了MTX系統(tǒng)的實驗平臺。以德國Bosch-Rexroch提供的客戶端開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，對全數(shù)控凸輪軸磨床數(shù)控系統(tǒng)的控制界面進行了規(guī)劃與設(shè)計，并實現(xiàn)了對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的實時讀寫，對PLC變量的狀態(tài)監(jiān)控，對NC程序的編輯、調(diào)用和程序運行的實時顯示，以及系統(tǒng)故障診斷和幫助等功能。完成了控制界面、數(shù)控加工程序、PLC程序之間的通信。提出了一種對軸實時保護的方案，提高了機床工作的安全性。通過在博世力士樂中國有限公司上?？偛康默F(xiàn)場調(diào)試，驗證了本系統(tǒng)的實用性與可靠性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明目的和基本思路：本設(shè)計主要是根據(jù)恒磨除率原理和凸輪軸形狀建立數(shù)學(xué)建模、利用三階B樣條原理進行曲線的擬合、工件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速預(yù)測算法解決凸輪軸非圓部分砂輪架進給減輕加速度、加加速度急劇變化影響以提高凸輪加工精度。另外，我們應(yīng)用該項技術(shù)實現(xiàn)了雙平面磨削。項目創(chuàng)新點：（1）提出了自適應(yīng)工件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速預(yù)測算法。申請發(fā)明專利： CN201010278922.0 （2）提出了采用三階B樣條曲線擬合離散點的方法，軟件著作權(quán)號：2010SR068264 （3）提出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的砂輪自動修整方法。（正在申請發(fā)明專利）（4）提出了一種送料盤變速控制的方法。（正申請發(fā)明專利）技術(shù)關(guān)鍵： 1.采用自適應(yīng)工件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速預(yù)測算法。 2. 采用對升程值三次微分預(yù)處理的方法和人工干預(yù)的三階B樣條控制過程校正技術(shù)。 3．解決了砂輪自動修整問題。 4.建立了雙平面部件磨削的運動方程。凸輪軸主要技術(shù)指標(biāo)：加工凸輪軸零件精度： (1) 基圓尺寸偏差 ±0.015mm (2) 基圓相對相鄰主軸頸跳動 ≤0.01 mm (3) 凸輪相位角偏差 ±10′ (4) 凸輪表面粗糙度(精磨) Ra≤0.32mm 雙平面零件主要技術(shù)指標(biāo)：平面度 ≤0.0015mm 平行度 ≤0.003mm 表面粗糙度 Ra≤0.2μm。
科學(xué)性、先進性
- 本設(shè)計采用自適應(yīng)工件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速預(yù)測算法，解決因砂輪進給軸加速度，加加速度過大對工件的沖擊；對升程值三次微分預(yù)處理和人工干預(yù)的三階B樣條控制過程校正，解決凸輪升程值局部跳變影響凸輪加工質(zhì)量；通過AE信號運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控砂輪工作狀況技術(shù)，實現(xiàn)砂輪自動修整問題。將上述技術(shù)通過編程，移植到Bosch-Rexroth MTX數(shù)控系統(tǒng)中，并研究MTX系統(tǒng)的軟硬件的組成和功能、系統(tǒng)參數(shù)和驅(qū)動器參數(shù)的設(shè)置，完善了MTX系統(tǒng)的開發(fā)平臺。對全數(shù)控凸輪軸磨床數(shù)控系統(tǒng)的控制界面進行了規(guī)劃與設(shè)計，實現(xiàn)了對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的實時讀寫，對PLC變量的狀態(tài)監(jiān)控，對NC程序的編輯、調(diào)用和程序運行的實時顯示，以及系統(tǒng)故障診斷和幫助等功能。完成了控制界面、數(shù)控加工程序、PLC程序之間的通信。提出了一種對軸實時保護的方案，提高了機床工作的安全性。實現(xiàn)了凸輪軸的高精、高效、安全的磨削加工，（同類產(chǎn)品未見報道）
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- （1）入選國家十一五科技支撐計劃； （2）2011年5月于湖南省第九屆大學(xué)生挑戰(zhàn)杯獲得二等獎； （3）在教育部科技查新點查新結(jié)果為未見同類論文； （4）獲全國重點科技創(chuàng)新成果； （5）入選全國科技成果與專利推廣轉(zhuǎn)化；
作品所處階段
- 實驗室階段(凸輪軸磨床)、使用階段（雙端面磨床）
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本設(shè)計采用了自適應(yīng)工件旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速預(yù)測算法，升程值三次微分預(yù)處理和人工干預(yù)的三階B樣條控制過程校正，通過AE信號運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控砂輪工作狀況技術(shù)。與原產(chǎn)品相比，具有更高的加工精度和更高的加工效率，人機接口界面更友好，降低了生產(chǎn)成本，減輕了操作工人的勞動強度。 本設(shè)計的數(shù)控凸輪軸磨床用戶主要是汽車、摩托車、發(fā)動機、柴油機、凸輪軸配件等廠家，經(jīng)預(yù)測，國內(nèi)需求量為每年200臺，以20%的幅度遞增。至2010年，傳統(tǒng)產(chǎn)品將有35%左右被高效數(shù)控磨床替代，市場前景廣闊。 本設(shè)計擴展產(chǎn)品數(shù)控雙端面磨床用戶主要是軸承、活塞環(huán)、手機框架等廠家，經(jīng)預(yù)測，國內(nèi)需求量為每年1000臺，以25%的幅度遞增。至2010年，傳統(tǒng)產(chǎn)品將有30%左右被高效雙端面數(shù)控磨床替代，市場前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 湖南大學(xué)的曹彥飛對凸輪軸磨削的幾何和物理仿真算法進行了研究，從而可以促進加工程序的完善以保證更高的精確性。通過對西門子840D二次開發(fā)專用軟件以及PLC的程序開發(fā),實現(xiàn)了機床的實時監(jiān)控，從而極大地增強了機床的圖形人機交互能力以及安全性。 湖南大學(xué)的章振華對基于恒金屬去除率的原則，根據(jù)零件的特點分別建立了非圓零件切點跟蹤磨削的運動模型。對凸輪軸的切點跟蹤磨削建立了兩個運動模型，一個是砂輪架的橫向運動模型；另一個是工件轉(zhuǎn)速的運動模型。根據(jù)上述運動模型，編制仿真程序，分別計算出了砂輪架的橫向運動及工件轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。 本設(shè)計根據(jù)凸輪升程某些段曲率大，使砂輪進給軸產(chǎn)生的加速度、加加速度過大，引起的對凸輪表面地沖擊，使凸輪型線誤差變大的問題，提出自適應(yīng)加減速控制控制方法,是工件旋轉(zhuǎn)軸的加速得到緩和,提高了凸輪輪廓的加工精度. 東北大學(xué)的劉貴杰利用聲發(fā)射(AE)傳感器和功率傳感器為信號源,固定時間間隔內(nèi)的聲發(fā)射信號幅值增量累加及砂輪碰撞破碎時電機功率信號的陡變?yōu)樯拜啝顟B(tài)識別的特征值,應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立信號特征值與砂輪狀態(tài)之間的非線性關(guān)系模型. 南陽理工學(xué)院的吳國月建立了磨削時單切削刃作用的運動模型,該模型描述了切削刃處切屑形成產(chǎn)生的力脈沖.假定該脈沖激勵聲發(fā)射信號,它的典型特征決定所需的測量設(shè)備.當(dāng)磨削時在工件上測出AE.并在70kHz和3.5MHz的頻率范圍進行分析,使用頻率特征抽出,由AE信號抽出有意義的信息,開發(fā)合適的信號分析方法.模型和測量的比較,輸出模型參數(shù)識別.該參數(shù)值對砂輪狀態(tài)和磨削過程狀態(tài)給出描述. 前一位提出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測砂輪磨削狀態(tài),特征值只提取了AE信號平均值和砂輪電機的功率,后者提取了AE信號的中心頻率和能量.但未采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測. 本設(shè)計的特征提取主要從AE信號的均方根值、中心頻率、能量和頭架伺服電機的功率，在利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測砂輪修整的鋒利與鈍化時刻，實現(xiàn)砂輪的自動修整。 哈爾濱軸承集團公司哈爾濱市精密特種軸承廠季萍從理論上分析了采用雙端面磨床加工滾子端面時磨削區(qū)的變化規(guī)律以及影響因素,給出了磨削量計算公式。沒有提出恒磨除率控制送料盤的變速運動。
