CN108637329A - 拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置及模糊控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置及模糊控制方法，其组成包括：集成换能器（3）、电涡流传感器（5）、加速度传感器（6）、独立换能器（11），所述集成换能器（3）安装在刀柄（2）上，所述电涡流传感器（5）安装在球头铣刀（4）上，所述独立换能器（11）布置在床身（13）内部，所述加速度传感器（6）安装在工件（7）上，本发明主要针对拼接淬硬钢模具，发明一种振动辅助装置可使加工拼接过缝处更加稳定，减少加工中的自激振动和刀具磨损，延长刀具的使用寿命，达到提高铣削淬硬钢拼接模具的表面质量和加工效率的效果。
Description
技术领域
本专利涉及振动切削领域以及模糊控制技术领域，本专利主要涉及一种拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置及模糊控制方法。
背景技术
汽车覆盖件模具是汽车车身生产的重要工艺装备，其设计和制造时间约占汽车开发周期的2/3，是制约汽车换型的主要因素。然而淬硬钢作为制造汽车覆盖件模具的主要材料，为保证淬硬钢模具寿命，普遍采用拼镶式结构。采用传统铣削加工淬硬钢拼接模具时，由于其加工区域存在大比例的非均匀性多硬度表面、存在拼接缝、铣削力不稳定、切削中产生振动、加工精度不足，导致过缝切削产生冲击力、刀具使用寿命不足、加工表面质量差、后期研磨工作量大等等，致使模具加工品质及成品率低，严重制约大型汽车覆盖件拼接模具成形精度和效率的提高。
本发明提出一种振动辅助切削装置及模糊控制方法，可使加工拼接过缝处更加稳定，减少加工中的自激振动和刀具磨损，延长刀具的使用寿命，达到提高铣削淬硬钢拼接模具的表面质量和加工效率的效果。
发明内容
拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置，如图1所示，是一种加工拼接淬硬钢模具的辅助铣削装置，针对加工拼接淬硬钢模具，使加工拼接过缝处更加稳定，具有减少加工中的自激振动和刀具磨损，延长刀具的使用寿命，提高铣削淬硬钢拼接模具的表面质量和加工效率的效果。该辅助铣削装置包括上下两个部分：一部分是刀具部分的振动装置，另一部分是工件部分的振动装置。
刀具部分的振动装置：安装在刀柄（2）上的集成换能器（3）外接功率放大器后连接超声波发生器，球头铣刀（4）安装刀柄（2）下，铣削加工时，超声波发生器发出的高频电信号经集成换能器3转换成机械振动，因而球头刀铣削时受到外界振动，刀具与工件稳定分离，减少刀具磨损，延长刀具使用寿命，提高加工表面质量。
工件部分的振动装置：包括独立换能器（11）、固定架（12）以及起定位和导振作用的六角导振块（10）等，独立换能器（11）将外接超声波发生器发出的电信号转换成机械振动，经工作台（9）传递至工件（7），使工件（7）在铣削加工时有一个振动辅助，可提高加工表面质量和加工效率。
独立换能器（11）：独立换能器（11）布置在床身内部，外接功率放大器后连接超声波发生器，将超声波发生器发出的高频电信号转换成机械振动。
六角导振块（10）：用以起到传导振动和固定独立换能器的作用。
工件（7）：由三块硬度不同的淬硬钢拼接而成，存在拼接缝、硬度差，普通切削切入拼接缝时存在冲击力，对加工表面质量与刀具寿命等均有负面影响。
本发明通过利用振动切削原理，提出一种拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置，拼接淬硬钢模具加工区域存在大比例的非均匀性多硬度表面且存在拼接缝，集成换能器与独立换能器各连接一功率放大器后连接一超声波发生器，超声波发生器发出的高频电信号经换能器转换成机械振动，使工件和刀具各有一个振动进行辅助铣削，可使加工拼接过缝处更加稳定，减少加工中的自激振动和刀具磨损，延长刀具的使用寿命，达到提高铣削淬硬钢拼接模具的表面质量和加工效率的效果。
本发明通过利用模糊控制技术为拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置设计一个模糊控制方法，尤其是指一种能够通过加工表面质量的好坏而改变超声波发生器发出信号大小频率的方法，以保证能够得到更优的加工表面质量。所述模糊控制方法，其特征为：换能器连接功率放大器后外接超声波发生器，安装在球头铣刀上的电涡流传感器和工件上的加速度传感器将测得的信号输送给控制系统，控制系统对信号进行分析处理，再向超声波发生器发出如何调节发出信号大小频率的指令，以改变施加在工件和铣刀上的振动。
模糊神经网络控制系统将模糊逻辑与神经网络结合，从观测的输入—输出模式归纳出模型的模糊规则，实现了模糊控制中模糊规则的自动提取和模糊控制量的隶属函数自动生成。针对模糊推理系统设计的前馈神经网络模糊控制器，网络由输入层、隐含层和输出层组成。网络连接结构中融入了隶属函数、模糊推理规则和反模糊化的功能，能够自动调节模糊控制规则参数。
模糊控制系统采用的非线性梯度优化算法（最陡下降算法），传统的BP算法容易陷入局部极小点而得不到整体最优并且迭代次数多，网络收敛速度慢及网络泛化能力难以保证。针对算法的缺点进行改进，其中为了避免局部最小和提高网络的收敛速度，可以考虑引入动量项，采用改进的BP算法，即
其中，
为动量因子，一般取值为0.1~0.8，由此权值的修正量添加了关于上一次网络权值的修改方向记忆，利用前次网络调整的结果来修正本次调整量，由此可以提高网络的学习速度。
每个周期都包括一个前向传递过程和一个反向传递过程。在反向通道中，固定结论参数，通过梯度下降法构成的算法修正网络参数，为获得理想的输出而优化调整网络的联接权值和闭值。
模糊神经网络控制系统充分利用了模糊控制技术和神经网络技术的优点，控制的精确度不依赖于人确定的模糊控制规则的全面性，通过对加工过程中的加工参数的不断学习即可得到系统的完整全面的模糊规则，模糊控制技术和神经网络技术相互补充，使系统的学习能力和表达能力得到了提高。
附图说明
图1是拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置的结构示意图；
图2是刀具部分振动装置结构示意图；
图3是工件部分振动装置结构示意图；
图4是模糊控制方法结构示意图；
图5是模糊神经网络控制系统示意图。
图中，1—主轴头，2—刀柄，3—集成换能器，4—球头铣刀，5—电涡流传感器，6—加速度传感器，7—工件，8—螺纹孔，9—工作台，10—六角导振块，11—独立换能器，12—固定架，13—床身。
具体实施方式
本发明基于磁悬浮的娱乐代步独轮车结构装置的具体工作过程如下：
1) 将电涡流传感器安在球头铣刀上，将集成换能器和球头铣刀分别安装在刀柄上，将刀柄安装在主轴头下；
2) 将固定架、六角导振块安装在床身里，六角导振块由W9Mo3Cr4V制成，独立换能器通过床身上的通孔与固定架和六角导振块相连，这样的结构能够加强机床的稳定性和强度，也更容易控制振动的幅度；
3) 工作台与集成换能器半刚性连接，工件上安有加速度传感器并通过工件底座的螺纹孔利用螺栓螺母固定，；
4) 集成换能器与换能器各连接一功率放大器后再外接一超声波发生器，超声波发生器均与控制系统连接；
5) 开始铣削加工，安装在球头铣刀上的电涡流传感器测得的位移信号和工件上的加速度传感器测得的加速度信号会被输送给控制系统，控制系统对信号进行分析处理，再向超声波发生器发出如何调节发出信号大小频率的指令，以达到最优的加工表面质量。
Claims (4)
1.本拼接淬硬钢模具振动辅助铣削装置，整体结构简单且合理，可加工多种尺寸的淬硬钢拼接工件，且工件部分的振动装置布置在床身内部，在节省空间的同时增加了床身的总刚度。
2.本发明利用振动切削原理，刀具与工件处各施加椭圆振动，本发明利用振动切削原理，刀具与工件处各施加椭圆振动，上下两个振动装置通过控制系统耦合，合成一个可以跟振动相抵消的振动，可使加工拼接过缝处更加稳定，减少加工中的自激振动和刀具磨损，延长刀具的使用寿命，达到提高铣削淬硬钢拼接模具的表面质量和加工效率的效果。
3.本发明所述模糊控制方法，其特征如下：控制系统可以通过接收到的电涡流信号和加速度信号来控制超声波发生器发出的信号，控制系统对信号进行分析处理，再向超声波发生器发出如何调节发出信号大小频率的指令，以改变施加在工件和铣刀上的振动，达到更优的加工表面质量。
4.本发明所述模糊控制方法的控制系统为模糊神经网络控制系统，其将模糊逻辑与神经网络结合，根据观测的输入—输出模式归纳得出模型的模糊规则，实现了模糊控制中模糊规则的自动提取和模糊控制量的隶属函数自动生成，模糊控制技术和神经网络技术互相补充，使得系统的学习能力和表达能力得到提高。
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