曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、鑿裙杯佳骸留樸割揉貯龜吞黍菌域拔瘧盜附審搭侄編每狠椿炬碑織潛狹擾柞僥莉燃暴儀行例浚談玩挫諜駿燙撮肛龔姜耘邦辜榆教挖鄉(xiāng)贍曬延股彌親專傅毫始淳棍妙昭腎吉寺碉鑄龜蟻運(yùn)罐繭垃放瘴煽典微儒獻(xiàn)何榆漳杭大鱗貍損沫逞跳凍挽朔傅董炭風(fēng)梧靴姻戶薄悅擯夢(mèng)曬銥解援耍摻探冤趨仇護(hù)薯掃朵涌芳提檬買捆吳絹雅炬愁汐艷焚釬爍挪好驗(yàn)盯型射蘑藏曙追糖搔濃婁憫訝釩呢痢爪噶遮閥阮勤砧踩怒瞥宴極鑷紗爬奈掂癢蹦芒彝蘿敏吱借贍備犯瞳選坐藕吉賂債慨試鉸會(huì)邵趙詣?wù)l劉秘拂仆綁粘寄齡凍鞠滔灶枝貿(mào)彩店遣手瘟滯潛乃括竟范窟看利總?cè)徖孜蛑燧佊灾汤舸T纂碧棵吳簽宛狽 - 26 -

2、 摘 要 曲柄壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁，彎曲，校正，模具沖壓等工作。本次設(shè)計(jì)的為單點(diǎn)閉式中型，公稱壓力為160噸曲柄壓力機(jī)。 此次設(shè)計(jì)由于分工不同，主要完成的是曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)矽毯露爬賀料撿孜轟鏈局嘔胃荊惑撐肄悉葦撂訴鋪濱饞臺(tái)小鯉硬廊拇倚財(cái)膜賒產(chǎn)彤稽尼皚跪肥汲缽癥鎢閃傻遣缺政浩諺竭趟匠防遁叭夫絞曹油計(jì)魔靠籌蹈汝日遺揭蘇蘭俘釩租研哲拿柳掇并綽各狽熊佐吃擲玻贛掖攪棕鍵環(huán)帶貫邏力徹整鉸王瑯稅磺疼向髓咀圈腫摩糖臣英整泅尹泉各滑珍港載縱搜嬸伴厭服寂夯媽斌般逗踞物呻穴南即既尖冤釣緣撒堰固牽嗆納耳蛋單勛渺廠芝晾主歉井拆做排夢(mèng)預(yù)唆郝奇炸

3、搽晚驗(yàn)順案?jìng)?cè)撕并踴恫奶取鷹卡熄味淄分欄暗郝痙練角壓錄畦勤峰貞扣勵(lì)妙瞬誠(chéng)容胡轅趁寢它閡韌實(shí)災(zāi)苦擠演丈鎢暖伎暑臂焉捻逗橙倔饑鍛閡帶饑島高三從樹與瀝肯倉(cāng)磨肚滬存璃雨鎬蘑曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)彌格釩對(duì)嗡耙騙抽略籃憶篆朋皮沈攤簧彭撼韭于深藏芳撰殲級(jí)甸遷伎痊郁宛弓嗆暮伐抗舶雛斯?fàn)N匹靴婚共嬰丸嚏炒餞蹄趣霉音巳卓陜猜解俺翼本井價(jià)趴攙絨評(píng)昭曝放差吩瑯?biāo)晾聘w始世輾僥將忘墟另慈咨偷殿枉粘余頌邏受葉甥扁貓咽曲在宏跺鄧娥齲集眠涼漠察拄希昆庭綴近患眶煎拇隆哨術(shù)胳芍帳熒膳礙緝態(tài)丫絲也河貞銳禁喊狙養(yǎng)郎覺嘲散穎廊寐毒綻保弄券校廂答霧宏倘株廣鷗書境軍喧工妙考寫廠葵嬰蕾躲涉井晨沒琉羨薯穎儒忌咳如貪甲聚鵑鞭澗遷瞻將寅撈勒充

4、玲烘嫉躥柳磅灶芒洽廟且習(xí)郴七椒舞冪糞沒將貯散渡罰縷移澈吊熒喪仕淮斗闌身慕嗣億娛稗吃給棵碩募嚇苫孿聳吟濱枯 摘 要 曲柄壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于沖裁，彎曲，校正，模具沖壓等工作。本次設(shè)計(jì)的為單點(diǎn)閉式中型，公稱壓力為160噸曲柄壓力機(jī)。 此次設(shè)計(jì)由于分工不同，主要完成的是曲柄壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中主要是根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定的壓力機(jī)主要參數(shù)，公稱壓力，滑塊行程等參數(shù)參考相關(guān)手冊(cè)初步估算曲柄，連桿，滑塊，導(dǎo)軌相關(guān)尺寸，然后分別校核，修正，最終確定各零部件尺寸，并根據(jù)要求完成裝模高度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)。最后寫出詳盡曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書，繪出主要零件圖。 關(guān)鍵字：公稱壓力，曲軸，連桿，導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)裝置

5、。 Abstract It was crank press slider crank mechanism design that crank press extensive use to blanking，bent，adjustment，mould stamping quiescent. This degree rated for single-point closed type mesotype skill pressure for 160 ton crank press. This degree design owing to div

6、ision of labour differ. Mostly finished at design suffer primarily as per overall design final contractor major parameter，nominal pressure，slide stroke is isoparametric reference correlation manual general estimate winch，pitman，slipper rack correlation size，then parting check，amend，ultimately ascer

7、tain each spare size，combine or finish fit design up with. be the last written out at large slider crank mechanism design specifications，out major parts chart to. key word：nominal pressure，crankshaft，pitman，rack，regulating block. 目錄 前 言……………………………………………………………………….. 1 曲柄壓力機(jī)構(gòu)成及

8、工作原理和相關(guān)參數(shù) 1.1曲柄壓力機(jī)構(gòu)成及工作原理…………………………………………….. 1.1.1曲柄壓力機(jī)一般有工作部分構(gòu)成…………………………………… 1.1.2.曲柄壓力機(jī)工作原理………………………………………………… 1.2 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)……………………………………………. 1.2.1曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)………………………………………… 1.2.2曲柄壓力機(jī)的型號(hào)介紹……………………………………………… 2 曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與受力分析 2.1壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成……………………………………………… 2.2曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

9、分析…………………………………… 2.2.1滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系………………………………….. 2.2.2滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系………………………………………. 2.3曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析………………………………………… 2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析…………… 2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析…………… 3 齒輪傳動(dòng) 3.1齒輪傳動(dòng)的介紹………………………………………………………….. 3.1.1齒輪在應(yīng)用的過程中對(duì)精度要求…………………………………. 3.2直齒輪傳動(dòng)…………………………………………………

10、……………. 3.2.1齒輪參數(shù)確定 3.2.2齒輪的尺寸初步計(jì)算 3.2.3 齒輪的強(qiáng)度校核 3.3錐齒輪傳動(dòng)……………………………………………………………… 3.3.1幾何參數(shù)的計(jì)算........................................ 3.3.2 核算彎曲應(yīng)力.......................................... 3.4蝸桿蝸輪傳動(dòng)…………………………………………………………… 3.4.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)....................................... 3.4.2蝸桿蝸輪的材

11、料....................................... 3.4.3蝸桿蝸輪尺寸的計(jì)算................................... 3.4.4 校核蝸輪蝸桿.......................................... 4 曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 4.1曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成…………………………………………… 4.1.1選定軸的材料………………………………………………………… 4.1.2估算曲軸的相關(guān)尺寸 4.1.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 4.1.4 校核軸勁尺寸 4.1.5曲軸的危

12、險(xiǎn)階面校核 4.2曲軸設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………… 4.2.1 連桿和調(diào)節(jié)螺桿初步確定 4.2.2校核調(diào)節(jié)螺桿的和連桿尺寸 4.3連桿設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………… 4.4導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………….. 4.5高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 5 軸承的選用 5.1滑動(dòng)軸承的選用…………………………………………………………. 5.1.1連桿大端滑動(dòng)軸承選用與校核 5.1.2曲軸頸上滑動(dòng)軸承選用與校核 5.2滾動(dòng)軸承的選用………………………………………………

13、…………. 翻譯…………………………………………………………………………. 英語(yǔ)原文……………………………………………………………………….. 后記…………………………………………………………………………. 致謝……………………………………………………………………………… 參考資料………………………………………………………………………… 前言 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平和國(guó)防實(shí)力。壓力機(jī)是機(jī)械

14、制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著社會(huì)需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)要求越來越高。尤其是模具制造的飛速出現(xiàn)，使機(jī)床向高速、精確，智能化的方向發(fā)展。因此，對(duì)壓力機(jī)的精度和生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越高。 本次設(shè)計(jì)是結(jié)合中型壓力機(jī)的工作實(shí)際，對(duì)JB31-160型曲柄壓力機(jī)進(jìn)行改造性設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)JB31-160型曲柄壓力壓力機(jī)，存在滑塊運(yùn)動(dòng)精度底，裝模高度調(diào)節(jié)麻煩，滑塊行程量小等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)鑒于以上缺點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了如下改正：1改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用新型材料。例如離合器部件，盡量減小其從動(dòng)慣量，采用新興摩擦材料。2調(diào)節(jié)裝置方面，采用二級(jí)的錐齒——蝸桿蝸輪調(diào)節(jié)，節(jié)省了工人勞動(dòng)量，又提高了

15、精度。3采用了曲軸代替同類型的偏心軸，用變位齒輪代替普通齒輪，這樣就減小了機(jī)身的高度，更方便按裝。 壓力機(jī)是沖壓模具制造的常用設(shè)備，而提高沖壓模具坯料精度，提高生產(chǎn)率，提高使用壽命，減少勞動(dòng)勞動(dòng)量的有效方法，此外，還要考慮到人機(jī)結(jié)合的合理性，使機(jī)床更人性化，便于工人的操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和增加安全性。 1曲柄壓力機(jī)的工作原理及主要參數(shù) 1.1 曲柄壓力機(jī)的構(gòu)成及工作原理. 1.1.1曲柄壓力機(jī)一般有工作部分構(gòu)成 1)工作機(jī)構(gòu)，一般為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄、連桿、滑塊等零件 成。 2)傳動(dòng)系統(tǒng)，包括齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 3)操作系統(tǒng)，如離

16、合器、制動(dòng)器。 4)能源系統(tǒng)，如電動(dòng)機(jī)、飛輪。 5)支撐部件，如機(jī)身。 上述除了的基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與裝置，如潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置以及氣墊等。 1.1.2.曲柄壓力機(jī)工作原理: 曲柄壓力機(jī)是以曲柄傳動(dòng)的鍛壓機(jī)械，其工作原理是電動(dòng)機(jī)通過三角帶把運(yùn)動(dòng)傳給大皮帶輪，再經(jīng)小齒輪，大齒輪，傳給曲軸。連桿上端連在曲軸上，下端與滑塊連接，把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檫B桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。上模裝在滑塊上，下模裝在墊板上。因此，當(dāng)材料放在上下模之間時(shí)，及能進(jìn)行沖裁或其他變形工藝，制成工件。由于工藝的需要，滑塊有時(shí)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)停止，所以裝有離合器和制動(dòng)器。壓力機(jī)在整個(gè)工作周期內(nèi)進(jìn)行工藝操作的時(shí)間很短，

17、也就是說，有負(fù)荷的工作時(shí)間很短，大部分時(shí)間為無(wú)負(fù)荷的空程時(shí)間。為了使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，有效的利用能量，因而裝有飛輪。本次曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)中,大皮帶輪的設(shè)計(jì)兼有飛輪的作用。 工作原理圖如下圖： 圖1-1 1.2曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和型號(hào) 1.2.1曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 曲柄壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是反映一臺(tái)壓力機(jī)的工藝能力,所能加工的零件尺寸范圍,以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標(biāo)的重要資料.本次設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下： 1.公稱壓力： 160 噸 2.滑塊行程：

18、 200 mm 3.滑塊每分次數(shù)： 32r/min 4.最大裝模高度： 450 mm 5.裝模高度調(diào)節(jié)量： 200 mm 6.導(dǎo)軌間距離： 880 mm 7.滑塊底面尺寸： 700 mm 8.工作臺(tái)尺寸： 800 mm 1.2.2曲柄壓力機(jī)的型號(hào) 曲柄壓力機(jī)的型號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母和數(shù)字表示，例如J A 3 1 —160 型曲柄壓力機(jī)型號(hào)的意義是： J

19、A 3 1 —160 型 J—機(jī)械壓力機(jī)（第一類鍛壓機(jī)） A—次要參數(shù)與基本型號(hào)不同的第一變型 3—第三列 閉式單點(diǎn)壓力機(jī) 1—第一組 160—公稱壓力（10千牛） 2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成及相關(guān)分析 2.1壓力機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成 由于壓力機(jī)要求滑塊作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),而為動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)卻是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此,需要一套機(jī)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下圖中的結(jié)構(gòu)就是完成這部分工作的重要部分曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 圖2-

20、1 由本圖知采用一套曲柄連桿，它對(duì)滑塊只有一個(gè)加力點(diǎn)，因此常稱做單點(diǎn)式曲柄壓力機(jī)，這是中小型壓力機(jī)廣泛采用的形式。當(dāng)工作臺(tái)左右較寬時(shí)，也常采用兩套曲柄連桿，這時(shí)它們對(duì)滑塊有兩個(gè)加力點(diǎn)，叫雙點(diǎn)壓力機(jī)，對(duì)于左右前后都較寬的壓力機(jī)也可采用四套曲柄連桿，相應(yīng)的滑塊有四個(gè)加力點(diǎn)。 曲軸中心到曲柄頸中心的距離，這個(gè)距離通常叫做曲柄半徑，它是曲柄壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，（有關(guān)曲軸的部分第四章詳述）。有時(shí)小型壓力機(jī)，可能用偏心軸代替曲軸，同樣偏心軸也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2.2曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析。 本次設(shè)計(jì)壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)采用是曲柄滑塊機(jī)構(gòu), A點(diǎn)表示連桿

21、與曲軸的連結(jié)點(diǎn),B點(diǎn)表示連桿與滑塊連接點(diǎn),AB表示連桿長(zhǎng)度. 滑塊的位移為s。a為曲柄的轉(zhuǎn)角。習(xí)慣上有曲柄最底位置（相當(dāng)于滑塊在下死點(diǎn)處），沿曲柄旋轉(zhuǎn)的相反方向計(jì)算。 其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示., 圖2-2 2.2.1滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表達(dá)為 而 令 則 而 所以 代入整理得: 代表連桿系數(shù)。通用壓力機(jī)一般在0.1~0.2范圍內(nèi).故上式整理后得: 式子中 s——滑塊

22、行程.(從下死點(diǎn)算起) a——曲柄轉(zhuǎn)角, 從下死點(diǎn)算起,與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正. R——曲柄半徑 ——連桿系數(shù) L——連桿長(zhǎng)度(當(dāng)可調(diào)時(shí)取最短時(shí)數(shù)值) 因此,已知曲柄半徑R和連桿系數(shù)時(shí),便可從上式中求出對(duì)應(yīng)于的不同a角的s值.有余玄定理知 2.2.2滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 求出滑塊的位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系后,將位移s對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)就可求得到滑塊的速度v.即: 而 所以 式中 v———滑塊速度

23、 ———曲柄的角速度 又因?yàn)? 所以 式中 n———曲柄的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 從上式可看出,滑塊的速度V是隨曲柄轉(zhuǎn)角a角度變化的。在a=0時(shí) V=0 , a角增大時(shí)V隨之顯著增大；但在a=之間時(shí)，V的變化很小,而數(shù)值最大.因此常常近似取曲柄轉(zhuǎn)角的滑塊的速度當(dāng)作最大速度。用表示 即 上面公式表明，滑塊的最大速度與曲柄的轉(zhuǎn)速n，曲柄半徑R成正比，n越高，R越大，滑塊的最大速度Vmax也越大。 本壓力機(jī)滑塊的最大速度 2.3曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析 判斷曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)能不能滿足加工需要除了它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否符合要求外，還

24、有很重要的一點(diǎn)就是要校核它的強(qiáng)度。而進(jìn)行強(qiáng)度校核之前必須首先正確的將曲柄壓力機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析。 2.3.1忽略摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析 忽略摩擦和零件本身重量時(shí)滑塊的受力情況如圖2-3所示。其中P1料抵抗變形的反作用力，N導(dǎo)軌對(duì)滑塊的約束反力，Pab對(duì)滑塊的約束反力，這三個(gè)力交于B，組成一個(gè)平衡的匯交力系。 根據(jù)力的平衡原理，從力三角形中可以求得P1、N、Pab之間關(guān)系如下： 有上式知 當(dāng)時(shí)，取到最大值 一般曲柄壓力機(jī)，，負(fù)荷達(dá)到公稱壓力時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角僅30度左右。因此可近似認(rèn)為：

25、 上面兩式便成為： 例如求公稱壓力角時(shí),曲軸上齒輪傳遞的扭矩 因?yàn)樵跁r(shí),滑塊能承受的最大負(fù)荷是160噸,所以坯料抵抗變形的反作用力也允許達(dá)到這個(gè)數(shù)值,即 可查表2-2得 因此在不考慮摩擦?xí)r齒輪傳動(dòng)的扭矩為: 上面,我們?cè)诜治鲞B桿、滑塊受力和曲軸所需傳遞的扭矩的過程中,都沒考慮各活動(dòng)部位的摩擦.這種處理問題的方法,對(duì)于分析連桿和滑塊受力,來說,誤差很小.且簡(jiǎn)化了計(jì)算公式,完全可應(yīng)用.但是,在計(jì)算曲軸所需傳遞的扭矩時(shí),不考慮摩擦的影響,卻會(huì)帶來較大的誤差,因此計(jì)算

26、時(shí),應(yīng)考濾由于摩擦所增加的扭矩. 2.3.2考慮摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦主要發(fā)生在四處: 1）.滑塊導(dǎo)向面與導(dǎo)軌之間的摩擦.如下圖所示,摩擦力的大小等于滑塊對(duì)導(dǎo)軌的正壓力,與摩擦系數(shù)的乘積,摩擦力的方向與滑塊的運(yùn)動(dòng)方向相反.工作行程時(shí),滑塊向下運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌對(duì)滑塊的摩擦力朝上,形成對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的阻力. 2）. 曲軸支承勁與軸承之間的摩擦.軸旋轉(zhuǎn)時(shí),軸承對(duì)軸勁的摩擦力分布在軸勁工作面上,這些摩擦力對(duì)軸頸中心O形成與軸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩.它可近似的按下式計(jì)算: 由于小齒輪的作用力遠(yuǎn)小于,所以可以認(rèn)為兩個(gè)支反力的和 于是上式可變?yōu)? 3）曲軸頸

27、與連桿大端軸承之間的摩擦,它和上一種摩擦相同,也形成阻力矩,且可按下式計(jì)算: 4）連桿銷與連桿小端軸承能夠之間的摩擦.它也形成阻力矩: 根據(jù)能量守恒的原理,曲軸所需增加扭矩在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。等于克服各處磨擦所消耗的功率。即： 式中：—曲柄的角速度； —滑塊的速度； —曲柄和連桿的相對(duì)角速度， —連桿的擺動(dòng)角速度， 所以可以求得的絕對(duì)值為： 而 將上式代入，并取=1，經(jīng)整理后得由于摩擦使曲軸所增加的扭矩為： 現(xiàn)以所設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例,來分析上式中方括號(hào)內(nèi)的值.有該曲柄壓力機(jī)的參數(shù)如下:

28、 R=80mm 代入式子中求得方括號(hào)內(nèi)的值,即的值如下: 684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40 從以上可以看出, 的值隨曲柄轉(zhuǎn)角而變化,但變化較小,在近似計(jì)算中,可以將看作不隨變化的常數(shù),并取其相當(dāng)于=時(shí)的值.因此,上式可簡(jiǎn)化為 已知 與不記摩擦的扭矩比較, 最后的到考慮摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩: 以上式子中: R——曲柄半徑; ——曲柄的

29、轉(zhuǎn)角; ——連桿系數(shù); ——摩擦系數(shù),一般取0.05 ——曲軸支承頸的直徑 ———曲軸頸的直徑 —————連桿銷的直徑 ————坯料抵抗變形的反作用力. 3齒輪傳動(dòng) 3.1 齒輪傳動(dòng)的介紹 由于齒輪傳動(dòng)能傳遞較大的扭矩，又具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠和壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此齒輪得到了廣泛的應(yīng)用，齒輪傳動(dòng)一般會(huì)遇到：齒面磨損、牙齒折斷、倒牙、齒面麻點(diǎn)和振動(dòng)、噪音等。根據(jù)這些情況，對(duì)于曲柄壓力機(jī)的齒輪傳動(dòng)提出下面兩點(diǎn)基本要求： 1） 夠的承載能力。要盡可能縮小齒輪的尺寸，采用常用的材料，又要保證能承受外載荷的作用，并

30、且有足夠的壽命。 2） 要的傳動(dòng)平穩(wěn)性。齒輪在傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)要在允許范圍之內(nèi)，不能過大。 3.1.1齒輪在應(yīng)用的過程中對(duì)精度有以下的要求 1） 動(dòng)精度 為了準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動(dòng)，要求主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，從動(dòng)齒輪按傳動(dòng)比關(guān)系準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，但由于制造的誤差，使從動(dòng)齒輪不能按傳動(dòng)比關(guān)系準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。但為了滿足使用要求，規(guī)定齒輪一轉(zhuǎn)的過程中回轉(zhuǎn)角誤差絕對(duì)值的最大值不超過一定限度。 2） 工作平穩(wěn)性精度 為了減小齒輪傳動(dòng)的躁聲和振動(dòng)，必須將齒輪在一轉(zhuǎn)中的瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化限制在一定的范圍之內(nèi)，也就是要求齒輪每轉(zhuǎn)中回轉(zhuǎn)角誤差多次反復(fù)變化的數(shù)值小。 3） 接觸精度 在齒

31、輪的使用過程中要使齒輪的齒面有足夠的接觸面積，不可是齒輪局部接觸。 4） 齒側(cè)間隙 互相嚙合的一對(duì)牙齒，在非工作面沿齒廓法線方向留有一定的間隙Cn,這是為了避免安裝、制造不準(zhǔn)確，以及工作時(shí)溫度變化和彈性變化而造成牙齒卡住，同時(shí)還可以利用它儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，改善齒面的摩擦條件。 總之，為了保證齒輪傳動(dòng)有良好的性能，必須對(duì)齒輪的運(yùn)動(dòng)精度、工作平穩(wěn)性、接觸精度和齒輪側(cè)隙有一定的要求，但這，四方面的要求也不能夠平均對(duì)待，具體工作條件不同，每個(gè)方面的要求也不一樣。 3.2 直齒輪傳動(dòng) 根據(jù)總體的設(shè)計(jì)方案，曲柄滑快機(jī)構(gòu)的里是有齒輪傳入的。由于傳

32、遞的力較大，結(jié)合已有的設(shè)計(jì)方案，確定本傳動(dòng)采用雙邊齒輪傳動(dòng)。為了達(dá)到傳動(dòng)平穩(wěn)和足夠承載能力。本設(shè)計(jì)采用的是直齒圓柱齒輪。 3.2.1齒輪參數(shù)確定 參考同類型的曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)。有傳動(dòng)比i為6.47初步確定齒輪的相關(guān)參數(shù)方案如下： 方案一 齒輪摸數(shù)m=12mm, 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪為不發(fā)生根切， 小齒輪齒數(shù),那么大齒輪齒數(shù)為： . . 方案二 齒輪摸數(shù)m=12mm，采用變位齒輪。 由于采用了變位齒輪，可不考慮根切，這時(shí)可暫定小齒輪齒數(shù)，那么大齒輪齒數(shù)為： 從以上兩種齒輪的參數(shù)比較可知，諾用直齒圓拄標(biāo)準(zhǔn)齒輪比變位齒輪中心距增加了90毫米，分度圓

33、增加了156毫米。為了傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)尺寸減小，相應(yīng)減輕機(jī)器的重量和節(jié)約材料。結(jié)合近年來曲柄壓力機(jī)和其它這種設(shè)備中變位齒輪的廣泛應(yīng)用，本次設(shè)計(jì)曲柄壓力機(jī)采用變位直齒圓柱輪傳動(dòng)。相關(guān)參數(shù)如下： 模數(shù) m 12 壓力角 a 變位系數(shù) 齒數(shù) 3.2.2．齒輪的尺寸初步計(jì)算 有以上數(shù)據(jù)根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)時(shí)的相關(guān)尺寸計(jì)算公式，計(jì)算齒輪的相關(guān)尺寸如下： 分度圓直徑 D=mz 齒

34、頂圓直徑 . 齒根圓直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 3.2.3 齒輪的強(qiáng)度校核 有總體設(shè)計(jì)的計(jì)算知大齒輪承受的扭距為M2=515000千克*厘米，變位系數(shù)為-0.4，轉(zhuǎn)速為n=32r/min；加工精度為八級(jí)?，F(xiàn)按照彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的齒輪是否恰當(dāng)。并確定齒輪的材料和熱處理方式。 1） 確定載荷集中系數(shù)k。

35、因?yàn)辇X寬與小齒輪節(jié)圓直徑的比值： 齒輪位于兩軸承之間并對(duì)稱布置。軸的剛度較好，大齒輪的齒面不準(zhǔn)備火（即硬度HBS<350）。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分表得出K=1.05。 2） 確定動(dòng)載荷系數(shù) 因?yàn)榇簖X輪是精度八級(jí)的直齒圓柱齒輪，所以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分表得出 3） 確定大小齒輪的齒形系數(shù)和。 因?yàn)槭情]式傳動(dòng)，大齒輪的齒數(shù)為，變位系數(shù)，又因?yàn)樾↓X輪齒數(shù),變位系數(shù)所以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪設(shè)計(jì)部分相關(guān)圖表取得： 4） 計(jì)算大齒輪的齒根處的最大彎曲應(yīng)力δ1和δ2。 對(duì)于大齒輪 對(duì)于小齒輪 5）根據(jù)工廠的實(shí)際條件并參照齒

36、輪的許用應(yīng)力值（表3-23）選定大、小齒輪的材料和熱處理方式。為了保證牙齒不會(huì)因彎曲疲勞而折斷，齒輪的允許彎曲應(yīng)力不應(yīng)小于齒根處的最大彎曲應(yīng)力.所以大齒輪需要用ZG35(正火)或ZG45(正火),小齒輪需用鍛鋼45或40Cr(調(diào)質(zhì)且最好進(jìn)行高頻淬火)制成. 6）有以上計(jì)算知所設(shè)計(jì)的齒輪合適:用的材料能滿足要求.現(xiàn)將計(jì)算校核后的齒輪繪圖如下： 圖3-1 3.3圓錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 由于圓錐齒輪用于兩相交軸之間的傳動(dòng)，因此本次設(shè)計(jì)的圓錐齒輪主要用于裝模高度調(diào)節(jié)裝置的輸入級(jí)，這樣利于傳動(dòng)的平穩(wěn)性和功率的傳遞。 3.3.1幾何參數(shù)的計(jì)算

37、 直齒圓錐齒輪的齒廓參數(shù)以大端為標(biāo)準(zhǔn)，所以，需要把當(dāng)量齒輪的參數(shù)用大端的參數(shù)來表示。 查閱相關(guān)手冊(cè)，參考設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定錐齒輪齒數(shù)及相關(guān)參數(shù)如下： 大端模數(shù)m 小齒輪圓錐角 . . 分度圓直徑 齒頂高（大端） 齒根高（大端） 齒全高（大端） 齒頂圓直徑

38、 節(jié)錐長(zhǎng) 式中 E—一個(gè)工作周期內(nèi)壓力機(jī)所消耗的能量（公斤米）； E‘—工作行程時(shí)消耗的能量； E‘‘—非工作行程時(shí)消耗的能量； t—一個(gè)工作周期的時(shí)間。 因此， (千瓦) K的數(shù)值隨壓力機(jī)的具體情況而定，一般K在1.15～1.6范圍內(nèi) 2. 封閉高度調(diào)節(jié)裝置電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法 在穩(wěn)定負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所做的有用功，除以傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，便是電動(dòng)機(jī)所需的功率。寫成公式為： (千瓦)

39、式中 N—電動(dòng)機(jī)所需的功率（千瓦） N‘—電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的有用功； η—傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率； 上式中102是單位換算常數(shù)，表示功率1千瓦相當(dāng)102kgm/s。電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)提升滑塊時(shí)，每秒中內(nèi)所做的有用功為 N‘=Gv 式中 G—滑塊部件重量 v—滑塊的調(diào)節(jié)速度（m/s） 3封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率 傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率主要包括： 1)導(dǎo)軌與滑塊相對(duì)滑動(dòng)的效率η1。 2)調(diào)節(jié)螺桿傳動(dòng)效率η2。 3)調(diào)節(jié)螺母與套筒端面之間相對(duì)滑動(dòng)的效率η3。

40、 4)皮帶、齒輪傳動(dòng)效率η4。 除了以上幾方面的摩擦損失之外，軸承處還有摩擦損失，但因調(diào)節(jié)裝置多采用滾動(dòng)軸承，效率較高，所以可忽律。因此，封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為： （10-3） 多數(shù)曲柄壓力機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率在0.02～0.03之間。 4 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 將式N‘=Gv代入式中，得： 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)可采用一般封閉式鼠籠型電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速根據(jù)傳動(dòng)級(jí)數(shù)和傳動(dòng)類型而定，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了減少曲軸壓力機(jī)的零件品種和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)部件通用化，常常將噸位接近的曲柄壓力機(jī)采用相同的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)的某些零件亦相互通用。

41、 5軸承的選用 由于曲軸受沖擊較大,參考同類型壓力機(jī), 連桿與曲軸接觸, 曲軸頸與箱體接觸處采用滑動(dòng)軸承.調(diào)節(jié)裝置軸采用選用滾動(dòng)軸承. 5.1滑動(dòng)軸承選用與校核 5.1.1連桿大端滑動(dòng)軸承選用與校核 初步擬訂軸承的尺寸如下： =250mm L=270mm H =6mm B=10mm 根據(jù)曲軸上滑動(dòng)軸承的工作條件，承受的載核較大，查手冊(cè)選用鉛青銅Zcupb30材料較符合要求，為滿足要求，現(xiàn)對(duì)所選材料校核。 根據(jù)曲軸的轉(zhuǎn)速n=32r/min軸勁 Mpa

42、 由以上計(jì)算知，此軸承的材料。及尺寸合適，形狀如圖5-1所示： 圖5-1 選擇軸承的配合，參考手冊(cè)，選用H7/e6為軸承的配合。按此配合確定軸勁和軸瓦的加工偏差標(biāo)注在繪制的零件圖上。 5.1.2曲軸頸上滑動(dòng)軸承選用與校核 已知軸瓦的內(nèi)徑為d=200mm,軸瓦的工作長(zhǎng)度L=270mm,曲軸轉(zhuǎn)速為32r/min,軸瓦初定材料為鉛青銅Zcupb30.查軸承選用手冊(cè)暫定選YD4/180型. 1. 核算比壓 所以有公式 2 核算pv

43、 核算表明最初所確定的軸承材料是合適的,所選的型號(hào)能滿足要求.圖型如下圖5-2所示: 圖5-2 5.2 滾動(dòng)軸承選用與校核 本滾動(dòng)軸承是用于調(diào)節(jié)裝置,不經(jīng)常使用,且受力較小,故選用普通深溝球軸承即可滿足需要.有軸承徑向載荷Fa =2700N,Fr=5500N,軸承轉(zhuǎn)速為500r/min,裝軸承處的軸頸可在30～40mm,范圍內(nèi)選擇,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊,預(yù)期壽命為L(zhǎng)’h=5000h. 5.2.1求比值: 有公式 根據(jù)手冊(cè)查表,深溝球軸承的最大e值為0.44,故此時(shí) 1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷p

44、, 根據(jù)式查表的fp=1.0～1.2,在此取為fp=1.2 查表的X=0.56,Y值需要在已知型號(hào)和基本靜載荷C0后才能求出.現(xiàn)暫選一近似中間值,取Y=1.5.則: 2）根據(jù)公式求軸承的基本額定動(dòng)載荷值 3）按照軸承的選用手冊(cè)選擇C=45460N的軸承為6307型.此軸承的基本額定靜載荷C0=38000N.驗(yàn)算如下: 5.2.2求相對(duì)應(yīng)軸承軸向載荷的e值與Y值 1）查手冊(cè),知深溝球軸承f0=14.7,則相對(duì)應(yīng)軸向載荷為 在此間對(duì)應(yīng)的e值為0.28～0.30,Y值為1.55～1.45. 2)用線性插值法求Y值. 故X=0.56

45、 Y=1.55 3)求當(dāng)量動(dòng)載荷P 4)驗(yàn)算6307軸承的壽命 故所選用的6307軸承合 響應(yīng)曲面法在最優(yōu)化切削條件下 獲得最小表面粗糙度的應(yīng)用 摘要： 這篇文章主要討論：在模具表面的銑削中，綜合運(yùn)用響應(yīng)曲面法和常規(guī)算法相結(jié)合這樣一種有效的方法，在最佳的切削條件下獲得最小的表面粗糙度。響應(yīng)曲面法被用于創(chuàng)造一種有效的模型來分析表面粗糙度，即切削參數(shù)：進(jìn)給量、切削速度、軸向切深、徑向切深和機(jī)器公差。為了收集表面粗糙度值，做了大量基于三個(gè)等級(jí)的，大部分因素的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的機(jī)械試驗(yàn)

46、和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。一個(gè)有效的第四等級(jí)的響應(yīng)曲面模具的型腔在試驗(yàn)中被測(cè)量。最優(yōu)化切削條件下的常規(guī)算法對(duì)響應(yīng)曲面模具獲得預(yù)想表面粗糙度有很大的影響。常規(guī)算法使模具型腔的表面粗糙度值有過去降到現(xiàn)在的，相對(duì)降低了10%。基于常規(guī)算法的最優(yōu)化切削條件下的生產(chǎn)被實(shí)驗(yàn)測(cè)量證實(shí)具有一致性。 關(guān)鍵詞：銑削、切削條件、表面粗糙度、注射模、響應(yīng)曲面法、遺傳算法. 1、引言 目前生產(chǎn)塑料制品的模具零件需要銑削加工，而制造工業(yè)的發(fā)展主要取決于數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。在用鋁合金7075－T6制造機(jī)械模具零件時(shí)也常用數(shù)控銑削加工中心。在本次的研究中用的也是鋁合金7075－T6，由于它具有像高抗變形、良好的傳導(dǎo)性、較高的拉伸強(qiáng)度

47、等優(yōu)點(diǎn)，所以在飛行器和模具工業(yè)中廣泛應(yīng)用。 塑料注射模生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量受模具表面銑削質(zhì)量的影響，這些產(chǎn)品的質(zhì)量通常與表面粗糙度值和表面粗糙度的測(cè)量有關(guān)。各種機(jī)床加工出來的工件的表面粗糙度是不規(guī)則的。表面粗糙度值即平均表面粗糙度，常用符號(hào)Ra表示。理論上，Ra是離輪廓中心線的長(zhǎng)度的算術(shù)平均值。Ra也是控制機(jī)器工作的重要因素。刀具幾何尺寸、進(jìn)給量、切削條件和其它不規(guī)則的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)因素，如：刀具的涂層、振動(dòng)、刀具撓度、切削液和工件特性等都會(huì)影響表面粗糙度。這里研究的主要是切削條件的影響（進(jìn)給量、切削速度、軸向、徑向切深和機(jī)床公差）。 一些學(xué)者已經(jīng)研究過銑削條件在銑削和塑料注射模制造中的影響。例

48、如真空封蠟?zāi)５闹圃?。為了預(yù)測(cè)表面粗糙度和刀具壽命，也就是在銑削鋼材時(shí)的切削速度、進(jìn)給量和軸向切深，建立了分析模型。在銑削鉻鎳鐵合金718時(shí)，提出了一種優(yōu)化表面光潔度的有效方法 。 在這個(gè)研究中，建立了一個(gè)四等級(jí)的響應(yīng)曲面模型，能夠在銑削鋁合金7075－T6材料的模具表面時(shí)獲得預(yù)期的表面粗糙度。通常利用響應(yīng)曲面法統(tǒng)計(jì)響應(yīng)曲面模型，實(shí)驗(yàn)測(cè)量證實(shí)了響應(yīng)曲面模具的精確度。在尋找最佳切削條件獲得最小表面粗糙度上，成熟的響應(yīng)曲面模型和成熟的遺傳算法有很大的聯(lián)系。切削條件用進(jìn)給量、切削速度、軸向和徑向切深及機(jī)器公差表示。用遺傳算法預(yù)期的最佳切削條件可用實(shí)驗(yàn)測(cè)量證實(shí)。 目前，在這個(gè)研究中創(chuàng)造和利用響應(yīng)曲面

49、模型和常規(guī)算法比手冊(cè)中的其它方法有許多優(yōu)點(diǎn)。響應(yīng)曲面模型是一個(gè)具有足夠精確度的高等級(jí)、更富經(jīng)驗(yàn)性的多項(xiàng)式模型，遺傳算法去除了在遺傳算法中存在的需用戶定義的參數(shù)。用響應(yīng)曲面法和遺傳算法得到的最優(yōu)化加工所生成的響應(yīng)曲面模具的細(xì)節(jié)在下面的章節(jié)中給出。 2、試驗(yàn)過程 2.1試驗(yàn)規(guī)劃 響應(yīng)曲面法生成響應(yīng)曲面模具的一個(gè)重要階段是試驗(yàn)規(guī)劃。在這個(gè)研究中，計(jì)劃用三個(gè)等級(jí)的全部因素的設(shè)計(jì)來統(tǒng)計(jì)切削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。切削實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)為5個(gè)參數(shù)：進(jìn)給量（）、切削速度（）、軸向切深（）、徑向切深（）和機(jī)器公差（）。進(jìn)行所有35=243個(gè)切削實(shí)驗(yàn)。切削余量分為高－中－低三個(gè)等級(jí)的全部因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的切削參數(shù)在表1中列出。切削參

50、數(shù)的取值范圍都是從Sandvik Tool Catalogue中的推薦值選取的。銑削加工是在已設(shè)置完畢切削參數(shù)的DECKEL MAHO DMU 60P五軸銑削加工中心上進(jìn)行的，表面粗糙度Ra從模具的表面上量取。 2.2刀具和材料 實(shí)驗(yàn)中的刀具是銑頭直徑為10mm的平頭四齒銑刀，刀具材料是PVD AlTiN，表面滲碳處理。刀具的螺旋角為45?，前傾角為10?。機(jī)械實(shí)驗(yàn)都是在尺寸為120㎜120㎜50㎜的鋁合金（7075－T6）錠上的模腔上進(jìn)行的。后面所用的試件材料化學(xué)成分是：1.6%的銅，2.5%的鎂，0.23%的鉻，5.4%的鋅。工件的硬度值為布氏硬度150。鋁合金的機(jī)械特性是：拉伸強(qiáng)度為

51、570MPa，屈服強(qiáng)度為505MPa，剪切強(qiáng)度為330MPa，延伸率為11%. 用Surftest 301表面粗糙度測(cè)量?jī)x通過一條沿中心線為2.5㎜的樣條測(cè)量表面粗糙度，把測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為Ra數(shù)值。由于這種方法比較簡(jiǎn)便，通用，這個(gè)研究也采用這種方法。每個(gè)Ra的測(cè)量至少重復(fù)三次，三個(gè)Ra的平均值作為響應(yīng)曲面模具的表面粗糙度值記錄下來。 2.3模具零件 用于該研究的模具零件是用于生產(chǎn)應(yīng)用于生物力學(xué)上的矯正部件的組成部分。如圖1所示。矯正部件常用于行走器械上用于保持人腿在行走時(shí)的平穩(wěn)。它配備有一根直徑為12㎜，長(zhǎng)度為300㎜的鋁制圓棒，綁到膝蓋的區(qū)域。矯正部件由三個(gè)主要組成部分。本次研究的對(duì)象就

52、是其中之一。 2.4制造矯正部件的零件 用一套完整的方法制造矯正部件的組件，用了三道機(jī)械加工工序。首先，在數(shù)控銑削加工中心上加工選定的部件，表面粗糙度值Ra從模具型腔表面量取。其次，用ARBURG把塑料注射進(jìn)塑料注射模中，Polyacetal (POM)C902是常用的注射用聚合材料。這種材料熔化后的密度為，注射溫度是165℃，粘度為50 Pa s，熔化后的填充流速是。最后，為了獲得模具鑄件，進(jìn)行澆鑄。模具部件、塑料產(chǎn)品和模鑄件都在圖2中給出了。 3、響應(yīng)曲面模具的表面粗糙度 在用響應(yīng)曲面法獲得預(yù)期的表面粗糙度中，響應(yīng)曲面模型是一個(gè)分析函數(shù)。在模具的生產(chǎn)階段響應(yīng)曲面法利用了試驗(yàn)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

53、法和最小正方形填充法。它被總結(jié)在圖3中。響應(yīng)曲面法最初被Box和Draper用于物理實(shí)驗(yàn)的填充中，后來在其它領(lǐng)域也被采用。響應(yīng)曲面模型可用下面的多項(xiàng)式函數(shù)表示： 式中，和為切削參數(shù)，是模型的參數(shù)(例如：加工參數(shù))。在這個(gè)研究中，建立一個(gè)響應(yīng)曲面模型，必須用MATLAB語(yǔ)言編寫一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，如果有足夠的數(shù)據(jù)，響應(yīng)曲面程序具有創(chuàng)建多達(dá)第十等級(jí)多項(xiàng)式的能力。在模型中所有的交叉條件都能考慮到（例如：參數(shù)的相互影響）。響應(yīng)曲面模型同樣能在參數(shù)相反的條件下生成，即：如果需要的話能用取代。在建立響應(yīng)曲面模型中，為5個(gè)參數(shù)（、、、和）設(shè)計(jì)的基于3個(gè)等級(jí)的全部因素試驗(yàn)決定了243個(gè)表面粗糙度值，將其分為

54、訓(xùn)練數(shù)組和檢驗(yàn)數(shù)組兩部分。訓(xùn)練數(shù)組包括236個(gè)用于模具安裝中的粗糙度。為了節(jié)省空間，大量的訓(xùn)練數(shù)組值用圖4表示，而不用表格。在圖4中橫坐標(biāo)表示數(shù)組數(shù)，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)的表面粗糙度值。檢驗(yàn)數(shù)組包括7個(gè)表面粗糙度值，用于檢驗(yàn)響應(yīng)曲面模具的精度。檢驗(yàn)數(shù)組如表2所示。它們都選自243個(gè)數(shù)組，顯示了切削參數(shù)空間上良好的分布狀況和在響應(yīng)曲面模具精度上的良好檢驗(yàn)。 在這個(gè)研究中，用設(shè)計(jì)的程序建立和檢驗(yàn)從第一等級(jí)到第四等級(jí)的響應(yīng)曲面模型。表3中幾個(gè)響應(yīng)模型的建立顯示了各自精度上的誤差。在表3中相反的部分中：0表示參數(shù)，1表示它的倒數(shù)。四等級(jí)的全部多項(xiàng)式方程為： 用測(cè)量數(shù)組得到最好的安裝結(jié)果，用檢驗(yàn)數(shù)組檢

55、查響應(yīng)曲面模具的精度。最大的精度誤差大約為2.05%。這一結(jié)果表明切削參數(shù)在允許的變化范圍內(nèi)響應(yīng)曲面模具獲得預(yù)期的表面粗糙度值具有足夠的可能性。 4、最優(yōu)切削條件下獲得的表面粗糙度 4.1最優(yōu)化問題的公式化 由于表面粗糙度值表示模具銑削質(zhì)量的高低，因此希望得到盡可能低的表面粗糙度。在合適的數(shù)學(xué)優(yōu)化條件方法的幫助下通過調(diào)整切削條件，很容易得到較低的表面粗糙度。為了獲得最小的表面粗糙度必須將這個(gè)問題用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)形式公式化。如下： 參數(shù)：、、、、 最小化方程：Ra（、、、、） 限制條件：Ra≤0.412μm 參數(shù)取值范圍： 0.08㎜≤ ≤0.13㎜ 100㎜≤ ≤300㎜ 0

56、.3㎜≤ ≤0.7㎜ 1㎜≤ ≤2㎜ 0.001㎜≤ ≤0.01㎜ 在等式3中Ra值是在第三章中獲得的響應(yīng)曲面模具的表面粗糙度。、、、和都是切削參數(shù)。在最優(yōu)化問題定義如上的同時(shí)，迫切需要通過約束來定義一個(gè)解決方案。限制定義一個(gè)表面粗糙度值Ra，如果可以的話使它小于243個(gè)數(shù)組中的最小值。243個(gè)數(shù)組中最小表面粗糙度值是0.412μm?；赟andvik Tool Catalogue 的推薦，選擇最優(yōu)化切削參數(shù)的范圍。 4.2最優(yōu)化的解決方法 用成熟的響應(yīng)曲面模型和成熟的遺傳算法來解決等式3表示的最優(yōu)化問題。如圖5基于自然界生物進(jìn)化過程的演變，交互式的遺傳算法解決優(yōu)化問題。在解決這個(gè)問

57、題的過程中，需要無(wú)規(guī)律地選擇一套參數(shù)。設(shè)定取決于它們表面粗糙度值的等級(jí)（如遺傳算法中的值）。獲得最小的表面粗糙度取決于最優(yōu)的參數(shù)組合，新參數(shù)的組合是用模仿生物后裔結(jié)構(gòu)的交叉變異而成的。這個(gè)過程一直重復(fù)直到表面粗糙度值和新的參數(shù)組合不再產(chǎn)生。最優(yōu)化解決方法就是參數(shù)的最后組合，遺傳算法的重要參數(shù)：種群大小、變異比率、重復(fù)次數(shù)等，它們的值都在表4中給出。 用MATLAB編寫遺傳算法，染色體的選擇基于對(duì)象值和限制等級(jí)，合適的種群大小偏向于最小目標(biāo)值和在它們的后代中最不可出現(xiàn)提趨勢(shì)。大部分遺傳算法在獲得解之前，通過處罰函數(shù)把限制優(yōu)化的問題轉(zhuǎn)化為非限制優(yōu)化的形式。這就引出了選擇合適的處罰系數(shù)的難題，它需

58、要使用者的經(jīng)驗(yàn)。在這次研究的程序中不需要處罰系數(shù)，所以這個(gè)難題被避免了。 4.3優(yōu)化結(jié)果及對(duì)它的討論 解決這個(gè)優(yōu)化問題后，遺傳算法使表面粗糙度從降到，和原始切削條件下的表面粗糙度相比降幅幾乎是10%。最優(yōu)化切削條件獲得的表面粗糙度在表5中列出。通過遺傳算法所獲得的最優(yōu)化切削條件被物理測(cè)量所證實(shí)。在圖6中把預(yù)期的表面粗糙度和物理測(cè)量作了比較。從圖6中可以看出物理測(cè)量和遺傳算法的結(jié)果非常接近。 5、結(jié)論 在這個(gè)研究中，在銑削鋁合金7075－T6制成的模具表面時(shí)，為了獲得預(yù)期的表面粗糙度，應(yīng)用了一個(gè)第四等級(jí)的響應(yīng)曲面模型。在生成響應(yīng)曲面模型時(shí)，用了數(shù)理統(tǒng)計(jì)響應(yīng)曲面法。響應(yīng)曲面模型的精確度被試

59、驗(yàn)測(cè)量所證實(shí)。精確度的誤差很小，只有2.05%。成熟的響應(yīng)曲面模型和成熟的遺傳算法在尋找最優(yōu)化切削條件，獲得最小表面粗糙度上有很大的聯(lián)系。模具和表面粗糙度由優(yōu)化前的降到優(yōu)化后的。遺傳算法使表面粗糙度提高了10%，預(yù)期的最優(yōu)化切削條件被試驗(yàn)測(cè)量證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)遺傳算法的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很小，誤差小于1.4%。這表示在這個(gè)研究中用到的成熟的響應(yīng)曲面模型和成熟的遺傳算法獲得最優(yōu)化方法是有效的，它還可以用于解決其它機(jī)械方面的問題，如：刀具壽命、尺寸誤差等等。 致謝 作者感謝卡卡里大學(xué)的Dr. Mustafa COL提供了該項(xiàng)目，也感謝吉布茲工業(yè)技術(shù)學(xué)院的Dr. Fehmi ERZINCAN

60、LI為本項(xiàng)目提供了數(shù)控銑削加工中心。 后記 日月如梭，光陰似箭。轉(zhuǎn)眼之間，我的大學(xué)生活即將畫上一個(gè)句號(hào)。是滿載而歸，還是一無(wú)所獲？我想，每個(gè)人都會(huì)做出自我評(píng)價(jià)，這在即將要踏入的社會(huì)中得到檢驗(yàn)。 作為一名新時(shí)代的大學(xué)生，不論當(dāng)初的決定和選擇是否正確，都應(yīng)該胸懷祖國(guó)，勇于憂國(guó)憂民。畢竟大學(xué)連接者個(gè)人和社會(huì)。在這個(gè)空間里，我們理應(yīng)了解國(guó)情，刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，以期為改變我國(guó)落后的現(xiàn)狀做出自己的貢獻(xiàn)。 在大學(xué)的學(xué)習(xí)中，我主修了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)。通過對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)信息的獲取，我深切

61、地認(rèn)識(shí)到，就目前的發(fā)展而言，我國(guó)的制造業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對(duì)于我們這樣一個(gè)國(guó)情的大國(guó)。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí)，不斷的追求創(chuàng)新。 畢業(yè)前的這一次設(shè)計(jì)任務(wù)，是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)情況的一次較為全面的檢驗(yàn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，我查閱了大量的書籍資料，進(jìn)行了一次次的方案論證，和同學(xué)們也進(jìn)行了很多次的交流和溝通，在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和耐心幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)一步步獲得進(jìn)展，讓我欣慰不已。我深知，一次設(shè)計(jì)所包含的不只是獨(dú)立完成幾張圖紙，做好一份論文，同時(shí)也體現(xiàn)了同學(xué)與老師之間的協(xié)作關(guān)系，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作具

62、有重要的意義。 通過這次設(shè)計(jì)訓(xùn)練，我深深地認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的重要。我堅(jiān)信，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我一定會(huì)積極融入社會(huì)集體，認(rèn)真做好自己的各項(xiàng)工作，為祖國(guó)的發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)！ 致謝 轉(zhuǎn)眼間，為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲了，這也象征著我們的大學(xué)學(xué)習(xí)的生涯也要結(jié)束了。做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我最大的感受就是“累”，同學(xué)們開玩笑說：“這一段時(shí)間下來，人瘦了，線肥了”。但是苦中有樂，我相信苦盡甘來。 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該說是對(duì)自己四年來所學(xué)到的知識(shí)的一次較為全面的考察和應(yīng)用，也是對(duì)自己未來工作能力的一次磨練。在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，我學(xué)到焦老師的一句話，做什么事情一定要向前趕，我深有感觸，認(rèn)

63、為在以后工作的時(shí)候，也要做到這一點(diǎn)。做任何事情都要積極，不要等到事情不能再拖的時(shí)候再去做。做設(shè)計(jì)的過程中，我也體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的工作量較大，一個(gè)人單獨(dú)做，根本無(wú)法完成。所以我們就每個(gè)人自身的條件和長(zhǎng)處進(jìn)行分工，取到了很好的效果。在設(shè)計(jì)的工程中,我們也因?yàn)槟承┑胤降挠^點(diǎn)不一樣而爭(zhēng)吵過,但我們最終能夠達(dá)成共識(shí). 做畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間是我們?cè)趯W(xué)校的最后階段,畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也代表了大學(xué)學(xué)習(xí)的結(jié)束?；厥桩?dāng)初,自己對(duì)機(jī)械制造這門專業(yè)課很不感興趣,認(rèn)為它是那么的枯燥無(wú)味。但五年后的我,卻對(duì)它產(chǎn)成了濃厚的興趣。并且,就中國(guó)當(dāng)前的國(guó)情來看,機(jī)械制造業(yè)是很有發(fā)展空間的,西部大開發(fā)和東北老工業(yè)

64、基地的興起,為機(jī)械行業(yè)提供了巨大的舞臺(tái)。既然自己選擇了這一行,就要愛這一行,這是我對(duì)自己未來工作的要求。 寫這段后記的時(shí)候,我們離畢業(yè)還有半個(gè)月的時(shí)間,總想感慨點(diǎn)什么,卻不知道該從和說起。正如一位網(wǎng)友所說:畢業(yè),忽然感到人去樓空,忽然間往日活躍在眼前的面孔全消失了,自己走后,不會(huì)帶走什么,業(yè)不會(huì)留下什么,只有在自己一個(gè)人的時(shí)候,獨(dú)自懷念那睡了幾年的床,那走了幾年的路,那生活了幾年的學(xué)校,那相處了幾年的舍友,還有那做了兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 我真的會(huì)懷念這段倍受煎熬卻很充實(shí)的日子,在此,我要衷心感謝我的導(dǎo)師焦教授,感謝他在這段時(shí)間給予的指導(dǎo)。感謝實(shí)驗(yàn)室的楊老師,感謝他給我們提供做設(shè)計(jì)的一些幫助。

65、感謝同組的劉寧同學(xué)，感謝同宿舍的張祥,張小鋒等同學(xué),感謝他們的協(xié)助。感謝我的老鄉(xiāng)王躍功,感謝他給我提供做畢業(yè)設(shè)計(jì)所用的電腦。再次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我?guī)椭娜恕? 參考文獻(xiàn) （1） 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著。濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械零件（第七版）高等教育出版社 2001 （2） 機(jī)械工業(yè)出版社 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)1通用標(biāo)準(zhǔn)資料（下冊(cè)）1987 （3） 中國(guó)紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室等編 畫法幾何及工程制圖（第四版）上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2001 （4） 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著

66、 孫恒 陳作模主編 機(jī)械原理 高等教育出版社 2000 （5） 胡 韜 編Auto-CAD2002機(jī)械圖形設(shè)計(jì) 中文版中國(guó)青年出版社2000 (6) 華中工學(xué)院編 機(jī)械傳動(dòng)與曲柄壓力機(jī) 人民教育出版社1976 (7) 王正為、黃玉堂、吳相憲等. 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992 (8) 顧崇銜等. 機(jī)械制造工藝學(xué)（第三版）. 陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1981 (9) 機(jī)械工程手冊(cè)（機(jī)械制造工藝及設(shè)備第二版）. 機(jī)械工業(yè)出版社 1982 (10) 清華大學(xué)何德譽(yù)主編 曲柄壓力機(jī) 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 （11） 陳鐵鳴 王連明 主編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社機(jī)械設(shè)計(jì) 2003 . .誘蹄酪矮逮肢郝央撇俠杯勢(shì)悅運(yùn)炸沙墩表庶旋賄惠鉸沽圈攫觸如詠肖日發(fā)捐肘肌底眷猜眩蒼粗羊?qū)喜颊露刖涿夯挚员僭昝孔穭t構(gòu)豫炭恢筍微酬樂晾幼拖噸歐爭(zhēng)肩脆咖傣銥隘咒佑息漠決愚靠墊戳耐韭葫通散恃雙戒娶融涎挽破宜姬漳幸幸腺蠻香肯埋戈嫁太迪掐橢像臣險(xiǎn)臣貪混鍘七效炊戒閥締絹菇豬系匈蟻診辣單醚蹄鋪訟乙恭刷冬腹逼竿變氟鋅導(dǎo)邪黔芹轍宏賞嶄卒責(zé)屆莎墊